Die Architektur des Wurzelsystems von Mais hat sich während der Domestizierung und Verbesserung durch eine Kombination aus landwirtschaftlicher Selektion und Umweltanpassungen rund um den Globus erheblich verändert. Das Mikrobiom, das die Rhizosphäre um die Pflanzenwurzeln herum besiedelt, spielt eine wichtige Rolle bei der Förderung der Stresstoleranz von Pflanzen. In der ersten Förderperiode dieses Projekts haben wir nachgewiesen, dass die Anzahl der Seminalwurzeln während der Domestizierung von Mais zugenommen hat, gefolgt von einem Rückgang bei lokal angepassten Sorten in Regionen mit begrenzter Wasserverfügbarkeit. Umwelt-, genetische und genomische Analysen ergaben frühere Signaturen der Domestizierung und Anpassung von Maiswurzeln und zeigten das genetische Potenzial zur Verbesserung der Trockentoleranz künftiger Nutzpflanzen auf. In der zweiten Förderperiode verfolgen wir zwei übergeordnete Ziele. Erstens soll ein tieferes Verständnis der genetischen und molekularen Grundlagen der systemischen Modulation der Wurzelmorphologie und -anatomie durch Seminalwurzeln gewonnen werden, um eine bessere Anpassung an die begrenzte Wasserverfügbarkeit zu erreichen. Zu diesem Zweck werden wir die komplexe Pflanzenreaktion auf Trockenstress und die mit diesen Merkmalen assoziierten Gene identifizieren, die an der Architektur des Wurzelsystems als Reaktion auf Trockenheit beteiligt sind. Zweitens wollen wir die genetische Rolle des Wirts bei der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft des von den Wurzelmerkmalen abhängigen nützlichen Mikrobioms der Rhizosphäre verstehen, um die Widerstandsfähigkeit von Mais gegen Trockenheit zu verbessern. In diesem Zusammenhang werden wir systematisch untersuchen, wie sich die genetische Variation des Wirts und die Genregulation auf die Zusammensetzung des Mikrobioms der Rhizosphäre und auf die Produktivität von Mais und die Widerstandsfähigkeit gegen Trockenheit auswirkt. Schließlich werden wir repräsentative Schlüsselgene und Schlüsselmikroben durch reverse Genetik und synthetische mikrobielle Gemeinschaften funktionell validieren. Diese Ergebnisse werden den Weg für eine verbesserte Pflanzenzüchtung und die Nutzung mikrobieller Ressourcen ebnen, um die künftige Nahrungsmittelproduktion und eine effiziente Ressourcennutzung in der Landwirtschaft zu sichern.
Das wirtsassoziierten Mikrobiom ist von überragender Bedeutung für die Gesundheit und Fitness von Pflanzen. Auf Pflanze Mikrobiom Interkationen basierende Innovationen bieten eine neue Strategie für eine nachhaltige Landwirtschaft. Nützliche Assoziationen zwischen dem Bodenmikrobiom und dem pflanzlichen Wurzelsystem führt zur Rekrutierung und Aktivierung von Mikroorganismen, die einen großen Nutzen für die Verbesserung der Pflanzenproduktivität und der Ökosystemfunktion bringen. Das übergeordnete Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist es, ein mechanistisches Verständnis der Koadaptation der Wirtswurzeln mit ihrem Rhizosphären-Mikrobiom und der genetischen Basis von vorteilhaften Wurzel-Mikroben-Assoziationen zu erhalten, die zur verbesserten Maisleistung beitragen. Wir werden den koadaptiven Vorteil der Wirtsassoziation mit dem Rhizosphären-Mikrobiom untersuchen und herausfinden, wie verschiedene Umweltfaktoren den Aufbau und die Differenzierung des Rhizosphären-Mikrobioms während der Maisdomestikation vorantrieben (Arbeitspaket 1). Als Zweites wollen wir die genetischen Grundlagen der kausalen Beziehungen zwischen dem Rhizosphärenmikrobiom, der genetischen Variation des Wirts und der Wirtsgenregulation verdeutlichen, die vorteilhafte wurzelassoziierte Merkmale und die Maisleistung beeinflussen (Arbeitspaket 2). Gegen Ende des Projekts werden wir repräsentative Schlüsselgene und Schlüsselmikroben mittels reverser Genetik und synthetischer Gemeinschaften funktional validieren. Diese Ergebnisse werden den Weg für eine verbesserte Pflanzenzüchtung und den Einsatz mikrobieller Ressourcen ebnen, um die zukünftige Nahrungsmittelproduktion und eine effiziente Ressourcennutzung in der Landwirtschaft zu sichern.
Karstgrundwasserleiter (Karstaquifere) tragen in vielen Regionen, Städten und Ländern wesentlich zur Wasserversorgung bei. Sie bilden sich durch chemische Lösung in Karbonatgesteinen und bestehen aus einem Netzwerk von Röhren und Höhlen, die in die geklüftete Gesteinsmatrix eingebettet sind. Karstaquifere zeichnen sich meist durch eine hohe Variabilität der Wasserverfügbarkeit und -qualität aus. Verunreinigungen, einschließlich fäkaler und pathogener Bakterien, können leicht durch dünne Böden, offene Klüfte und Schlucklöcher in den Untergrund gelangen. Innerhalb des Röhrennetzes werden sie schnell über große Entfernungen transportiert und können Brunnen oder Quellen weitgehend ungemindert erreichen. Daher wird die generell gute Wasserqualität an Karstquellen oft durch kurze, aber starke Kontaminationsereignisse unterbrochen. Suspendierte Mineralpartikel und organischer Kohlenstoff spielen entscheidende Rollen bei der Mobilisierung und dem Transport von Fäkalbakterien und anderen Verunreinigungen. Die genauen Prozesse und ihre räumliche und zeitliche Variabilität sind jedoch noch lange nicht vollständig verstanden. Das Hauptziel des vorgeschlagenen IMPART-Projekts besteht darin, vertiefte Einblicke in die Transportprozesse zu gewinnen, welche die räumliche und zeitliche Dynamik von Partikeln, organischem Kohlenstoff und Fäkalbakterien in Karstsystemen bestimmen. Das Testgebiet ist eine bedeutende Karstquelle und ihr Einzugsgebiet, in dem zwei zugängliche Wasserhöhlen die direkte Beobachtung von Strömung, Wasserqualität und Transportvorgängen innerhalb des aktiven Röhrennetzes ermöglichen. Die wichtigsten zu beachtenden Parameter umfassen die Partikelgrößenverteilung, Anregungs-Emissions-Matrizen für organischen Kohlenstoff, Enzymaktivität von E. coli, Fäkalindikatorbakterien und die Gesamtzellzahl mittels Durchflusszytometrie. Die Feldarbeit umfasst eine räumlich verteilte Wasserprobenahme in den Höhlen und an der Quelle; hochauflösendes Monitoring an der Quelle bei ausgewählten hydrologischen Ereignissen; sowie Multi-Tracer-Versuche im aktiven Röhrensystem, einschließlich vergleichender Versuche mit gelösten Stoffen und suspendierten Partikeln. Die Ergebnisse werden ein besseres Verständnis der Transportprozesse und der mikrobiellen Wasserqualitätsdynamik von Karstaquiferen ermöglichen, als Grundlage für ein verbessertes Management dieser wertvollen, aber verletzlichen Ressourcen.
In diesem Projekt sollen Subtilisine identifiziert werden, die den Anforderungen von Kaltwasserwaschprozessen gerecht werden. Hierzu sollen mikrobielle Ressourcen kühler und gemäßigter Standorte erschlossen werden. Die neu identifizierten Tieftemperaturproteasen sind soweit zu entwickeln, dass sie charakterisiert, auf ihre Waschleistung hin untersucht und auf Herstellbarkeit geprüft werden. Der Arbeitsplan ist in 5 Teilabschnitte aufgeteilt: 1) Anlage und Screening der Metagenombanken, 2) Umfassende Leistungsevaluierung, 3) Darstellung der Produktionsstämme, 4) Entwicklung des Fermentations- und Aufarbeitungsprozesses, 5) Quantitative Untersuchungen zur Effizienz unter Anwendungsbedingungen. Proteasen generell werden in allen Waschmitteln außer Wollwaschmitteln eingesetzt, außerdem in maschinellen Geschirrspülmitteln. Eine spezielle Tieftemperaturprotease mit hervorragenden Leistungseigenschaften in Waschmitteln stellt einen neuen Waschmittelinhaltsstoff dar, der die Waschleistung in niedrigen Temperaturen signifikant verbessert und so zu Energie-, Wasser- und auch Rohstoffeinsparungen führt.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden 24 Bodenproben hinsichtlich der folgenden Parameter analysiert: mikrobielle Biomasse mittels SIR-Methode - mikrobielle Basalatmung - metabolischer Quotient (ANDERSON & DOMSCH, 1990) - Dehydrogenaseaktivität (TTC-Reduktion). Die Ergebnisse der Analyse wurden ausgewertet, graphisch dargestellt und statistischen Auswahlverfahren unterzogen.
Ziel: Analyse natuerlicher mikrobieller Ressourcen fuer eine sustainable agriculture in der Landschaft Fragestellung: - Welche Bedeutung haben spezifische Rhizosphaerenmikroorganismen (Rhizobium spp., Pseudomonas.spp., Bacillus spp., Mykorrhiza spp. u.a.) fuer die Naehrstoffaufnahme und das Wachstum von Gramineae, Leguminosen und Kruziferen auf unterschiedlichen Standorten (lehmiger Sand, sandiger Lehm) - Analyse natuerlicher Rhizosphaerenmikroorganismenpopulationen bei verschiedenen Fruchtarten auf unterschiedlichen Standorten in Nord- Ost-Deutschland. Zwischenergebnisse: Pseudomoenas spp., Rhizobium spp., Agrobacteriuem spp., AM-Fungi stimulieren die Naehrstofferschliessung aus dem Boden und das Wachstum von Leguminosen, Mais und z.T. von Raps auf lehmigem Sand und sandigem Lehm.
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| Förderprogramm | 6 |
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