Übergeordnetes Ziel ist die Erhöhung der Nahrungssicherheit in den mit dem parasitischen Unkraut Striga (Striga hermonthica) infizierten Sorghum (Sorghum bicolor)-Anbaugebieten in Eritrea, Kenia, Mali und Sudan. Hierzu soll zusammen mit NARS dieser Länder die Strigaresistenz von lokal adaptierten, Farmer-bevorzugten Sorghumsorten durch Anwendung einer Kombination aus markergestützter Rückkreuzung und Farmer-partizipatorischer Selektion verbessert werden. Molekulare Marker für quantitative, im Feld erfasste Strigaresistenz wurden während eines BMZ-finanzierten gemeinschaftlichen Projektes des ICRISAT mit den Universitäten Hohenheim und Tübingen (1995-2000) und danach im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Habilitationsvorhabens (2000-2003) identifiziert und validiert. Die Effekte von fünf QTL ('quantitative trait loci') für Strigaresistenz der Elternlinie N13' erwiesen sich dabei als stabil über zehn Feldversuche in Mali und Kenia, zwei Jahre und zwei unabhängige Genotypstichproben der Kartierungspopulation. Die einzelnen QTL erklären zwischen 12 - 30 Prozent der phänotypischen Variation und tragen zu einer partiellen, quantitativen und somit stabilen Resistenz bei. Die entsprechenden flankierenden Marker sollen im Projekt genutzt werden. Darüber hinaus wird eine simultane sozio-ökonomische Studie der Sorghum-Saatgutverteilungssysteme in den vier Ländern durchgeführt. Die Schlagkraft der verbesserten Sorten soll des weiteren durch Integration in bestehende Methoden der integrierten Strigabekämpfung erhöht werden. Die Langzeitwirkung der im Projekt entwickelten Sorten könnte durch offene Bestäubung in den genetisch sehr vielfältigen Feldern der Landwirte beeinträchtigt werden. Daher sollen auch die aktuellen Auskreuzungsraten der Farmer-bevorzugten Sorghumsorten untersucht werden. Daraus sollen Schlüsse über die Stabilität der transferierten Strigaresistenz-QTL gezogen und Empfehlungen für die Sortenerhaltung abgegeben werden.
Die Epidemiologie des wirtschaftlich in vielen Pflanzenkulturen bedeutenden Tomato Spotted Wilt Virus (TSWV) wird entscheidend determiniert durch die individuelle Fähigkeit der Vektoren (hier der Thrips Frankliniella occidentalis) zur Übertragung des Virus (Vektorkompetenz). Vektorkompetenz ist eine variable Größe in Thripspopulationen. Ziel der Studie ist es Faktoren zu ermitteln, die dieser Variablität zu Grunde liegen. Die Studie umfasst drei Abschnitte: (1) Untersuchungen zur Vererbbarkeit der Veranlagung der Vektor-Kompetenz von F. occidentalis für TSWV (Modellpflanze Paprika). Vorgesehen sind individuelle Kreuzungen von kompetenten und nicht kompetenten Weibchen und Männchen, die Ermittlung von Merkmalsaufspaltungen in der F1 und F2 sowie Rückkreuzungen. Bestimmt wird die Vektorkompetenz im individuellen Biotest (Ausprägung Phänotyp), zudem sollen Mikrosatelliten und/oder AFLP Marker zur genotypischen Charakterisierung eingesetzt werden. (2) Im zweiten Teil steht die Variabilität des Merkmals in Abhängigkeit von der Populationsstruktur im Vordergrund. Verglichen wird das Verhältnis von kompetenten und nicht kompetenten Individuen über die Zeit (Generationen) in isolierten Populationen unterschiedlicher Größe und bei künstlicher Fragmentierung (Gendrift; Flaschenhals-Effekte). (3) Im dritten Teil werden Faktoren analysiert, die zusätzlich die Verteilung (Rate) kompetenter Individuen in Populationen beeinflussen können, wiederum an prä-determinierten Individuen: Selektive Partnerwahl, Wirtspflanzenwahl, Intensität (Dauer, Frequenz) der Nahrungsaufnahme, Mobilität, Lebensdauer, Reproduktionsrate.
One of the reproductive barriers that can isolate species is embryo lethality which is due to disfunctional interaction between parental genomes. Embryo lethality obtained in crosses of hexaploid wheat with diploid rye is the result of complement interaction between the two genes/alleles Eml-A1 and Eml-R1b from wheat and rye, respectively. In addition, the 1D wheat chromosome carries unknown genetic factor(s) which have strong effect on the viability of wheat-rye hybrid seeds. The goals of the project are: (I) physical mapping and studying dosage effect of Eml-A1 gene (II) development of a method for overcoming embryo lethality in wheat-rye hybrids and (III) physical mapping and cytological study of chromosome 1D wheat gene(s) essential for seed development in wheat rye hybrids. The development of a method of regeneration in callus culture from abnormal immature embryos with lethal genotype by indirect organogenesis will enable us to study the interaction and expression of incompatible wheat Eml-A1 and rye Eml-R1b alleles causing embryo lethality. New information about genes, involved in apical meristem development in early stages of embryogenesis of wheat-rye hybrids (and of other plants) will be gained.
Zuechtung von Freilandgurken zur Kombination folgender Merkmale: vorwiegend weiblich, bitterfrei, virustolerant, parthenokarp, mehltauresistent, gestauchtwuechsig. Die erstrebte Merkmalskombination dient insbesondere zur Schaffung der Voraussetzung fuer maschinelle Ernte. Nach kuenstlichen Infektionen und Bitterstofftesten selektierte Genotypen werden durch Kombinationszuechtung weiterbearbeitet.
Untersuchung, ob die Induktion und Ausnutzung von Heterosis auf dem Wege der Kreuzung von Inzuchtlinien bei Sauerkirschen zu leistungsfaehigeren Formen fuehrt. Das aus dem MPI/Koeln-Vogelsang uebernommene Material stellt die Ausgangsbasis fuer diese Arbeiten. Am MPI als moniliaresistent ermittelte Sauerkirschen werden fuer eine Fortfuehrung der Zuechtung auf Moniliaresistenz verwendet.
In der 1. Phase des SPP1530 Programms wurden mehrere QTL-Regionen identifiziert, die den Blühzeitpunkt in der Weinrebe kontrollieren. Erste Ergebnisse weisen auf einen additiven Effekt dieser Loci hin, die in sehr früher bzw. später Blüte resultieren. Um diese genomischen Regionen genauer einzugrenzen und zu analysieren, wird eine stark erweiterte Kreuzungspopulation für Weinreben zur Feinkartierung von QTL genutzt sowie die Hypothese getestet, dass eine bestimmte Kombination von QTL-Allelen und Haplotypen zu einer sehr frühen beziehungsweise späten Blüte führt. Das Projekt wird folgende Schritte beinhalten: (1) Die Nutzung der gesamten heterozygoten Genomsequenzen beider Elternpflanzen der Kreuzungspopulation als Basis für die Untersuchung haplotyp-spezifischer Allelexpression; (2) Identifizierung von Kandidatengenen durch Genotyping-by-sequencing (GBS) an vorselektierten Nachkommen und SNP-Analyse, (3) Charakterisierung ausgewählter Kandidatengene aus den QTL-Regionen durch allel-spezifische RNAseq-Experimente sowie (4) Vernetzung dieser Ergebnisse mit phänotypischen Daten für den Blühzeitpunkt von Nachkommen der Kreuzungspopulation sowie züchterisch relevanten Sorten. Kooperationen mit weiteren Forschergruppen aus dem SPP-Verbund werden zusätzliche Erkenntnisse liefern, z.B. durch die Phylotranskriptom-Analyse zum Zeitpunkt der Blühinduktion. Durch die präzise Vorhersage des Blühzeitpunkts können neue Zuchtlinien generiert werden, die an veränderte klimatische Bedingungen angepasst sind.
Development of insecticide resistance in insect pest species is one of the main threats of agriculture nowadays. The cotton bollworm, Helicoverpa armigera, is the noctuid species possessing by far the most reported cases of insecticide resistance worldwide, correlated with one of the widest geographical distributions of any agricultural pest species. This turns H. armigera into an adequate model to study resistance mechanisms in detail. The main mechanisms underlying insecticide resistance are target side insensitivity and metabolism, mainly due to carboxylesterases and cytochrome P450 monooxygenases. Just recently, the resistance mechanism of an Australian H. armigera strain toward the pyrethroid fenvalerate was ascribed to a single P450, CYP337B3. CYP337B3 is a naturally-occurring chimera between CYP337B2 and CYP337B1 evolved by an unequal crossing-over event. This enzyme had acquired new and exclusive substrate specificities resulting in the detoxification of fenvalerate. This is the first known case of recombination as an additional genetic mechanism, besides over-expression and point mutation, leading to insecticide resistance. Therefore, CYP337B1, CYP337B2, and CYP337B3 are ideal candidates for studying structure-function relationships in P450s. The project aims to characterize amino acids that are crucial for the activity of CYP337B3 toward detoxification of fenvalerate. Additionally, cross-resistance conferred by CYP337B3 enables the determination of common structural moieties of pyrethroids favoring detoxification by CYP337B3 and those leading to resistance breaking. Pyrethroids with identified resistance breaking moieties could be used to control even pyrethroid-resistant populations of H. armigera. Another advantage of this system is the conferment of insecticide resistance by CYP337B3 that is not restricted to Australia but seems to be a more common mechanism as recently revealed by the finding of the chimeric P450 in a cypermethrin-resistant Pakistani strain. To shed light on the contribution of CYP337B3 to pyrethroid resistance of H. armigera and even closely related species worldwide, field populations from different countries will be screened by PCR for the presence of CYP337B3 and its parental genes. If applicable, the allele frequency of CYP337B3 will be determined being a convenient method to conclude the resistance level of the tested populations. Finally, the project will result in advising farmers on the control of populations of H. armigera and related species possessing CYP337B3. This will even become more important due to the climate change allowing H. armigera to spread northward including central Europe, where H. armigera is not yet able to survive wintertime.
Pflanzen müssen Informationen über Umweltbedingungen in Entwicklungsprogramme umsetzen. Ein Großteil dieser Umsetzung geschieht durch Phytohormon-abhängige Signaltransduktionsprozesse. Aufgrund der Tatsache, dass diese Prozesse die meisten Pflanzenwuchseigenschaften kontrollieren, spielt die biotechnologische oder züchterische Modulation dieser Prozesse eine wichtige Rolle in der Landwirtschaft. Um das Wissen über Phytohormon-abhängige Signaltransduktionsprozesse und deren cross-talk zu steigern, produzieren wir zur Zeit eine systematische Karte des Pflanzenhormon-Signaltransduktionsnetzwerks mit Hilfe einer fortgeschrittenen Interaktomkartierungs-Pipeline und bioinformatischen Modellierungen. Wir möchten nun eine genauere Analyse dieses Netzwerks im Hinblick auf seine Dynamik und Funktionalität durchführen und ausgewählte Netzwerke validieren.
Der Braunrost, verursacht durch den Pilz Puccinia triticina, zählt zu den weltweit häufigsten und bedeutendsten Krankheiten des Weizens. Eine Bekämpfung durch Fungizide ist zwar möglich, allerdings stellt der Anbau von resistenten Sorten die ökologisch und ökonomisch beste Maßnahme der Braunrostbekämpfung dar. Braunrostresistenz kann durch Hauptgene (den sogenannten Lr-Genen) oder durch quantitative Resistenzgene determiniert werden. Die österreichische Winterweizensorte Capo besitzt eine sogenannte dauerhafte Braunrostresistenz der erwachsenen Pflanze. Die Sorte besitzt unseres Wissens nach kein in Europa wirksames Lr-Gen. Wir werde die Vererbung der Braunrostresistenz der Sorte Capo mittels molekulargenetischer Methoden analysieren. Wir werden Populationen von rekombinanten Linien aus Kreuzungen der Sorte Capo mit zwei braunrostanfälligen Linien (Isengrain, Furore) auf Resistenz im Erwachsenenstadium in wiederholten Feldversuchen unter hohem Krankheitsdruck testen. Gleichzeitig werden die Linien aus der Kreuzung Capo/Isengrain mittels molekularer Marker charakterisiert, um eine genetische Kopplungskarte dieser Kreuzung zu erstellen. Die gemeinsame biometrische Analyse der Resistenzdaten und der Markerdaten wird die Identifizierung und Quantifizierung jener Genomabschnitte ermöglichen, welche signifikant mit dem Merkmal Braunrostresistenz verbunden sind (QTL Analyse). Die zweite Population (Capo/Furore) dient zur Validierung der Kartierungsergebnisse. Bisher sind nur wenige dauerhafte Braunrostresistenzen mit molekularen Methoden erforscht worden. Das Projekt wird zur Aufklärung der Genetik dauerhafter Resistenz beitragen. Das anwendungsorientierte Ziel des Projektes ist die Entwicklung molekularer Marker für die Selektion von verbesserten Weizensorten mit dauerhafter Braunrostresistenz.
Ährenfusariose des Weizens, verursacht durch Pilze der Gattung Fusarium, ist eine bedeutende Krankheit von Weizen und anderen Getreidearten in vielen Getreideanbaugebieten der Welt. Der Befall mit Ährenfusariose führt neben Ertrags- und Qualitätseinbußen zur Verunreinigung des Erntegutes mit Pilzgiften, den sogenannten Mykotoxinen. Der Anbau resistenter Sorten spielt eine Schlüsselrolle in der integrierten Bekämpfung der Krankheit. Die Vererbung der Ährenfusariose-Resistenz, wird von mehreren quantitativ wirkenden Genen gesteuert. Das Ausmaß des Krankheitsbefalles wird überdies von den Umweltbedingungen beeinflusst. Die Züchtung von Weizensorten mit verbesserter Fusariumresistenz ist daher aufwändig. Aktuelle Ergebnisse zeigten, dass das in der Weizenzüchtung sehr häufig benutzte Halmverkürzungsgen Rht-D1b mit einer signifikant erhöhten Anfälligkeit gegenüber Ährenfusariose assoziiert ist. Es ist allerdings unbekannt ob diese Assoziation durch einen pleiotropen Effekt des Kurzstroh-Alleles selbst oder durch ein mit Rht-D1b eng gekoppeltes 'Anfälligkeits-Allel' eines anderen Gens bedingt ist. Die Klärung dieser Frage ist für die Planung der Weizenzüchtung von essentieller Bedeutung. In diesem Projekt werden wir daher das Allel Rht-D1b in Weizen transformieren und das transformierte Gen in fusariumresistente Linien durch Rückkreuzung überführen. Die so hergestellten Experimentallinien werden in der Folge auf Pflanzenlänge und auf Fusariumresistenz überprüft. Wenn die Weizenlinien mit dem transformierten Rht-D1b Allel eine signifikant erhöhte Anfälligkeit für Ährenfusariose aufweisen werden, dann wäre der pleiotrope Effekt dieses Allels erwiesen. Wenn mit dem transformierten Rht-D1b Allel keine erhöhte Anfälligkeit einhergeht, wäre Kopplung als Ursache der Assoziation diagnostiziert.
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