In Zeiten des Klimawandels wird die Pflanzengesundheit durch kombinierten Stress durch abiotischen, klimawandelbedingten Faktoren und biotischem Faktoren durch Schädlinge und Krankheitserreger beeinträchtigt. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Auswirkungen abiotischer, klimawandelbedingte Stressfaktoren, wie z. B. erhöhtem atmosphärischen CO2-Gehalt (eCO2) und Trockenstress, auf die Interaktion zwischen Weinreben, Blattrollviren (GLRaV), und virusübertragenden Schmierläusen zu untersuchen. GLRaV, insbesondere GLRaV-3, verändert die CO2-Assimilation, die Wassernutzungseffizienz sowie die primären und sekundären Stoffwechselprodukte der Pflanze, was letzendlich zu Ertragsminderungen, verzögerter Fruchtreife und schlechter Traubenqualität führt. Das Virus wird durch infiziertes Vermehrungsmaterial und phloemsaugende Insekten, wie z. B. Schmierläuse, verbreitet. Es ist bekannt, dass eCO2- und Wasserstress einen erheblichen Einfluss auf die Pflanzenphysiologie und die Schädlingsbekämpfung haben kann. Außerdem weiß man, dass Pflanzenviren biotischen Stress für die Pflanzen verursachen und das Verhalten der Virusvektoren verändern können. Gleichzeitig werden Viren von denselben klimawandelbedingten abiotischen Stressfaktoren beeinflusst, wie die anderen Mitglieder des Ökosystems. Es gibt nur sehr wenige Studien über die Auswirkungen des Klimawandels auf Virusinfektionen auf Weinreben und keine einzige über die Auswirkungen auf Schmierläuse als Virusvektoren. Schlussfolgerungen aus anderen Pathosystemen zu ziehen, gestaltet sich schwierig, da die Auswirkungen von abiotischem, klimawandelbedingtem Stress oft artspezifisch sind. Bisher hat sich die Forschung vor allem mit den Wechselwirkungen einzelner Klimawandelparameter mit Pflanzen, Insekten oder Krankheitserregern befasst. Um die Wechselwirkungen zwischen mehreren Stressoren und die komplexen Beziehungen zwischen Pflanzen, Krankheitserregern und Vektoren zu verstehen, sind breitere Forschungsansätze nötig. Nur so können wirksame Anpassungsstrategien entwickelt werden um Pflanzen in der Zukunft gesund und produktiv zu halten. Im Rahmen des Projekts werden eine Reihe von Experimenten durchgeführt, bei denen Weinreben zwei Klimawandelparametern (Wasserstress + CO2) in Kombination mit biotischem Stress durch eine GLRaV-3-Infektion ausgesetzt werden. Untersucht werden die Mechanismen (Genexpression) und die Auswirkungen auf die Pflanzen (Aminosäuren, Phenole, C/N, Zucker, Chlorophyll) und den Insektenvektor (Fressverhalten, Fitness), zusätzlich zu klassischen Übertragungsexperimenten mit GLRaV. Die Forderung nach multifaktoriellen Stress-Experimenten wird seit Jahrzehnten erhoben. Diese Experimente sind ehrgeizig und komplex, aber sie sind der notwendige nächste Schritt, um Erkenntnisse über die zukünftige Entwicklung der Blattrollkrankheit zu gewinnen.
Die Analyse stabiler Isotope ist ein leistungsfähiges und inzwischen unersetzliches Werkzeug in der Ökologie und Biogeochemie. Sie ermöglicht ein umfassendes Verständnis von Ökosystemprozessen über räumliche und zeitliche Skalen hinweg. Gleichzeitig entwickeln sich innovative Technologien rasch weiter. Das breite Spektrum von Anwendungsgebieten erlaubt in einzigartiger Weise, Prozesse und Wechselwirkungen in komplexen natürlichen Systemen zu identifizieren und zu quantifizieren.Die Universität Bayreuth vernetzt in ihrem Profilfeld „Ökologie & Umweltwissenschaften“ Forschende aus verschiedenen Disziplinen, die in der jeweiligen Anwendung stabiler Isotope führend sind. Isotope haben unser Verständnis von Stoffflüssen in Ökosystemen, trophischen Interaktionen in Nahrungsnetzen, sowie Mensch-Umwelt-Beziehungen entscheidend geprägt. Die Expertise in der Isotopenanalytik in Bayreuth wurde in den letzten Jahren erheblich erweitert und um neue innovative Spitzentechnologien ergänzt. Diese sind explizit auf die Identifizierung und Quantifizierung von Prozessen in terrestrischen und aquatischen Ökosystemen ausgerichtet.Ziel dieses Antrags ist es, Service und Lehre in einem neuen „Bayreuther Zentrum für Stabile Isotope in der Ökologie und Biogeochemie“ (BayCenSI) zu bündeln, mit Schwerpunkt auf der räumlichen und zeitlichen Dynamik ökosystemarer Prozesse. Das BayCenSI wird methodische Innovationen und Spitzenforschung vorantreiben und internen und externen Forschenden Zugang zu einzigartigen Technologien ermöglichen. Um diese Ziele zu erreichen, wird ein Lenkungsausschuss die strategische und wissenschaftliche Ausrichtung des Zentrums festlegen und deren Umsetzung überwachen. Das BayCenSI wird Isotopenanalytik für eine Vielzahl an Probenmatrizes anbieten, von natürlicher Häufigkeit bis hin zu sehr hoch angereicherten Proben aus Markierungsexperimenten. Neueste Technologien, wie die Visualisierung stabiler Isotope auf der µm-Skala, die Aufklärung mikrobieller Umsatzprozesse mittels gepulster Markierungen, sowie die zeitlich hochauflösende Erfassung von Gasisotopen werden in das Zentrum integriert. Dies erfordert die Implementierung eines Labormanagementsystems, um die Arbeitsabläufe zu strukturieren und hochwertige Analysen auf Basis von Qualitätsstandards zu gewährleisten. Ein/e Nachwuchswissenschaftler/in soll als Leiter/in der Core Facility eingesetzt werden, mit attraktiver Karriereperspektive. Das BayCenSI wird Forschende beraten und durch die Finanzierung explorativer Experimente unterstützen. Die Lehre im Bereich stabiler Isotope wird neben der theoretischen und praktischen Ausbildung auch Workshops, Summer Schools und Öffentlichkeitsarbeit umfassen.Unsere Vision ist es, Anwendern aus transdisziplinären Bereichen Zugang zu hochentwickelter, innovativer Analytik stabiler Isotope zu bieten, um die Forschung zu Ökosystemprozessen, mit Stoffumsätzen von Sekunden bis hin zu Jahrhunderten und von der Molekül-Skala bis zum globalen Raum, voranzutreiben.
Wir haben eine tripartite Interaktion zwischen dem Bakterium Streptomyces iranensis, dem Pilz Aspergillus nidulans und der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii entdeckt, die durch das bakterielle Azalomycin F bestimmt wird. Azalomycin F induziert die Aktivierung des pilzlichen Orsellinsäure-Genclusters, andererseits schützt der Pilz die Grünalge vor dem Abtöten durch Azalomycin F. Im Projekt B02 sollen (i) die gerichtete Freisetzung von Azalomycin F in Richtung A. nidulans und C. reinhardtii, (ii) der Mechanismus der Aktivierung der pilzlichen ors Gene durch Azalomycin F, (iii) sowie die chemischen Mediatoren für die Freisetzung von Azalomycin F und die Anziehung der Grünalge durch den Pilz aufgeklärt werden.
In der nächsten Phase der Biodiversitäts Exploratorien sollen Experimente dabei helfen die Effekte verschiedener Landnutzungskomponenten auf Ökosysteme zu ermitteln. 'Common garden' Experimente werden genutzt, um die Umweltheterogenität zu minimieren, die ansonsten interessante Effekte verschleiert. Wir planen Grasnarben, die von n = 42 Plots der Biodiversitäts Exploratorien entnommen werden, in einem 'common garden' auszubringen wo die Intensität der Mahd und der Düngung manipuliert werden soll. In den nächsten drei bis 15 Jahren werden die Veränderungen in den Pflanzen- und Bakteriengemeinschaften auf den Grasnarben verfolgt. Hierfür wird die Zusammensetzung und Diversität der Pflanzen und Bakterien (next-generation 16S rRNA gene amplicon sequencing) ermittelt. Zusätzlich werden noch 3D-Modelle der Pflanzengemeinschaften, die durch multispektrale Information ergänzt werden, erstellt (PlantEye F500, Phenospex, Heerlen, The Netherlands). Diese Modelle erlauben die Errechnung von Parametern, die ganze Pflanzengemeinschaften charakterisieren. Änderungen in den Pflanzen- und Bakteriengemeinschaften werden mit der Landnutzung der Plots in den vergangenen Jahren ins Verhältnis gesetzt. Wir erwarten, dass Gemeinschaften, die aus verschiedenen Plots stammen, aber die gleiche Landnutzung erfahren in Ihrer Zusammensetzung und Diversität konvergieren; Gemeinschaften aus den gleichen Plots, die aber unterschiedliche Landnutzung erfahren, sollten divergieren. Das Projekt nutzt das Vorwissen zu den einzelnen Plots in Bezug auf Landnutzung und Artenzusammensetzung, liefert neuartige Daten für die Biodiversitäts Exploratorien, und stellt einen unabhängigen und neuartigen Beitrag zu der Frage, wie Landnutzug Ökosysteme beeinflusst, dar.
Das Projekt zielt darauf ab, die signalvermittelten Cross-Kingdom-Interaktionen zwischen der marinen Grünalge Ulva mutabilis und ihren assoziierten Bakterien zu verstehen. Morphogene wie das Thallusin werden von Bakterien abgegeben und induzieren vielfältige algale Entwicklungen. Thallusin Derivate sollen synthetisiert werden, um ihre quantitativen Struktur-Aktivitäts-Beziehungen zu untersuchen und Thallusin durch bildgebende Verfahren in Ulva zu lokalisieren. Zentrale Gene und Metabolite werden durch vergleichende Transkriptom- und Metabolomanalyse in der Thallusin-Homöostase identifiziert. Im Fokus steht dabei auch die Bedeutung von Thallusin für wirtschaftlich relevante Algen-Aquakulturen.
Fakultativ symbiotische Cyanobakterien der Gattung Nostoc sind Produzenten einer Vielzahl bioaktiver Verbindungen und zeigen vielseitige chemische Interaktionen mit Pflanzenwirten und anderen Mikroorganismen. Ziel dieses Projekts ist es, die Rolle spezialisierter Metaboliten für die Spezifität der Interaktionen von Nostoc mit wachstumsfördernden heterotrophen Bakterien zu verstehen. Die Ergebnisse sollen dazu dienen, Cyanobakterien als Produktionssysteme für spezialisierte Verbindungen weiterzuentwickeln und die Robustheit und Produktivität bei Anwendungen der synthetischen Biologie zu erhöhen.
Dark Septate Endophytes (DSEs) sind eine polyphyletische Gruppe innerhalb der Ascomyceten, die Pflanzenwurzeln besiedeln und durch hohe Melaninkonzentrationen in ihren Hyphen charakterisiert sind. Möglicherweise ist die Melanisierung bei Pflanzen-DSE-Assoziationen von Vorteil und eine Reaktion auf eine Vielzahl biotischer und abiotischer Stressfaktoren. Es gibt jedoch noch keine Beweise dafür, dass die hohe Melanisierung von DSEs zur erhöhten Stresstoleranz beiträgt. Es ist ebenfalls wahrscheinlich, dass Melanin eine Rolle bei der Penetration der Wurzeloberfläche durch die pilzlichen Hyphen und der anschließenden Besiedelung der Wurzelrinde spielt. Hier besteht jedenfalls eine Analogie zu einigen ebenfalls melanisierten, pathogenen Pilzen die sowohl tierische, als auch pflanzliche Gewebe erfolgreich infizieren. In diesem deutsch-französischen Kooperationsprojekt wollen wir den Melanisierungsprozess im DSE-Modell Leptodontidium sp. besser verstehen, einschließlich der Untersuchung von Regulationsmechanismen, die diese Melanisierung modulieren. Darüber hinaus werden komplementäre genetische, pharmakologische, physikalisch-chemische, physiologische und Omics-Ansätze der deutsch-französischen Partner genutzt, um zu entschlüsseln welche Rolle Melanin zum einen bei der Besiedelung von Pflanzen und bei der hohen Toleranz von Leptodontidium sp. gegenüber einer Reihe von abiotischen und biotischen Stressfaktoren spielen könnte. Das Konsortium besteht aus vier Forschergruppen, die über komplementäre Fachkenntnisse in den Bereichen Mikrobiologie, Interaktionen zwischen Pflanzen und Mikroorganismen unter Stressbedingungen, Pilzökologie, Multi-Omic-Analysen und Bioinformatik verfügen. Besondere Techniken und Themen sind die genetische Transformation von DSEs und die Rasterkraftmikroskopie (Université de Lorraine - P1), miRNA-Analysen und Metallstress (Université de Bourgogne Franche-Comté - P2), Epigenetik und RNAseq-Analysen (Friedrich-Schiller-Universität Jena - P3) sowie Interaktionen zwischen Pilzen und Mykoparasiten (Hochschule Wismar - P4). Im deutsch-französichen Team werden diese gebündelt um die Funktion Melanins für DSEs und für DSE-Pflanzen-Interaktionen aufzuklären. Das Verständnis wie Melanine die Toleranz gegenüber Umweltstress für DSEs und für die von DSEs besiedelten Pflanzen erhöhen, sollte dazu beitragen, diese wichtige Pilzressource für die nachhaltige und wirtschaftlich sinnvolle Produktion von Nutzpflanzen zu nutzen. Dies schließt auch die Betrachtung mykophager und pflanzenpathogener Organismen in der Rhizosphäre, die Exposition gegenüber Schadstoffen und Auswirkungen des Klimawandels wie Trockenheit und Hitze zwingend mit ein. Folglich streben wir auch eine weite Verbreitung der Projektergebnisse an, nicht nur in der wissenschaftlichen Gemeinschaft, sondern auch bei Interessengruppen aus Landwirtschaft, Gartenbau und der Forstwirtschaft.
Anders als bei Pflanzen und Tieren ist die Fähigkeit der europäischen Schutzgebiete, die biologische Vielfalt des Bodens und die Ökosystemleistungen unter den verschiedenen Stressfaktoren des globalen Wandels zu erhalten, praktisch unbekannt. Natürliches und landwirtschaftlich genutztes Grünland spielt eine grundlegende Rolle für die Erhaltung der biologischen Vielfalt und die nachhaltige Nahrungsmittelproduktion. Die verschiedenen Arten von Grünland (Schutzgebiete, naturnahes Grünland und Ackerland) erfüllen eine Vielzahl von Ökosystemfunktionen, aber es gibt auch wichtige Kompromisse (z. B. Nahrungsmittelproduktion vs. Kohlenstoffbindung im Boden). Es ist auch immer noch nicht ganz klar, welches Grünlandsystem besser gegen Störungen und den Klimawandel schützt. Dieser Wissensmangel ist vor allem vor dem Hintergrund der anthropogenen Klimaerwärmung und als Reaktion auf andere, gleichzeitig auftretende Stressfaktoren, die die Erhaltung der biologischen Vielfalt und der Funktion des Bodens bedrohen, wie Trockenheit, Pestizide und Überdüngung, von Bedeutung. GRASS4FUN zielt darauf ab, die biologische Vielfalt des Bodens, die ökologischen Netzwerke und die Ökosystemleistungen, die von Grünland über einen Gradienten der Landnutzungsintensität und als Reaktion auf Landschaftsmerkmale unterstützt werden, zu vergleichen und ihren Erhaltungszustand (zeitliche Dynamik) und ihre Widerstandsfähigkeit gegen mehrere Stressfaktoren des globalen Wandels zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden wir bestehende europäische Erhebungen mit der Überwachung der biologischen Vielfalt und der Funktion des Bodens auf 300 Grünlandflächen (geschütztes Grünland, naturnahes Grünland und Ackerland) über einen europaweiten Gradienten kombinieren und die Zukunft der biologischen Vielfalt des Bodens, der Ökosystemleistungen und der grundlegenden Kompromisse zwischen den drei Landnutzungsarten unter verschiedenen Szenarien des globalen Wandels und auf europäischer Ebene modellieren. Anschließend werden Gewächshausexperimente durchgeführt, um die Reaktionen der biologischen Vielfalt und der Funktionen des Bodens auf verschiedene globale Stressfaktoren wie Trockenheit, Pestizideinsatz, Stickstoffverschmutzung und Schwermetalle zu testen. Wir werden insbesondere auch prüfen, ob Landschaftsmerkmale (z. B. Landschaftsheterogenität) die ober- und unterirdische Biodiversität und ihre Fähigkeit zur Abfederung von Belastungen durch den globalen Wandel beeinflussen. GRASS4FUN wird von Hand zu Hand mit mehreren Interessengruppen durchgeführt, um den Transfer zu Interessengruppen, politischen Entscheidungsträgern und der Gesellschaft zu erleichtern, mit dem grundlegenden Ziel, bahnbrechendes Wissen bereitzustellen, um Ökosysteme widerstandsfähiger gegen globale Stressfaktoren zu machen und die biologische Vielfalt in Europa zu schützen, einschließlich der in Böden lebenden Organismen.
Apfel (Malus domestica) ist einer der wichtigsten angebauten Früchte weltweit. In Baumschulen werden Pflanzen häufig neu gepflanzt (2-3 Jahre), was zu einer verminderten Ernteproduktivität führt, die auch als Apfelnachbaukrankheit (ARD) bezeichnet wird. ARD kann definiert werden als "eine schädlich, gestörte physiologische und morphologische Reaktion von Apfelpflanzen auf Böden, die aufgrund früherer Apfelkulturen Veränderungen in ihrem (Mikro-) Biom ausgesetzt waren". Früher wurden Bodenbegasungsmittel zur Bekämpfung von ARD verwendet. Bei diesen Mitteln sind Anwendungsschwierigkeiten, hohe Kosten und Gefahren für die Umwelt und die menschliche Gesundheit als problematisch anzusehen. Daher wäre die Züchtung und/oder Selektion weniger empfindlicher Genotypen eine nachhaltigere Lösung für ARD. Die Entwicklung von ARD-assoziierten Markern beruht jedoch auf einem besseren Verständnis der molekularen Reaktionen in planta, um die Ätiologie der Krankheit zu entschlüsseln. Kürzlich wurde gezeigt, dass Phytoalexinbiosynthesegene nach sieben Tagen Kultur auf ARD-Boden im Vergleich zu desinfiziertem ARD-Boden stark hochreguliert sind. Es zeigte sich, dass sich die Phytoalexine im Wurzelsystem in sehr hohen Konzentrationen anhäufen, was zu einer möglichen Phytotoxizität führt. ABC-Transporter, die an der Translokation und Exsudation von Phytoalexinen beteiligt sind, zeigten keine Regulation, was zu der Annahme führte, dass Phytoalexine unter ARD-Bedingungen nicht in den Boden ausgeschieden werden und sich daher in sehr hohen Konzentrationen in den Wurzeln anreichern. Zusätzlich kann der vakuoläre Transport behindert werden, was zu einer fehlenden Entgiftung der akkumulierten Substanzen führt. Ein möglicher Grund für die möglicherweise eingeschränkte Exsudation von Phytoalexinen oder von Sequestrierung in Vakuolen über ABC-Transporter könnte die Entstehung toxischer Zyanidkonzentrationen in ARD-betroffenen Pflanzen sein, was zu weniger ATP-Verfügbarkeit für ABC-Transporter führt. Ziel des Projektes ist es, die Rolle von ARD-induzierten Phytoalexinen bei ARD und molekulare Reaktionen in ARD-betroffenen Pflanzen aufzuklären. Der Fokus wird darauf liegen, ihre Rolle bei ARD unter Berücksichtigung weiterer interagierender Gene/Proteine abzuleiten. Die Toxizität und Lokalisation der Verbindungen werden ebenso analysiert wie Entgiftungsmechanismen, z.B. Transport aus dem Zytoplasma. Darüber hinaus werden weitere toxische Nebenprodukte im Cyanidstoffwechsel sowie die Energieversorgung näher untersucht, um einen detaillierten Überblick über die molekularen Mechanismen bei ARD zu erhalten. Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung, Mikroskopie, Genexpressionsstudien und metabolische Analysen werden eingesetzt, um dieses Ziel zu erreichen. Vergleiche zwischen einem sensitiven und einem weniger sensitiven Genotyp sollen Erkenntnisse für die frühe Vorhersage von ARD-Schweregraden in Böden liefern und dabei helfen ARD-tolerante Apfelpflanzen auszuwählen.
Pathogene kommunizieren während der Infektion mit ihren Wirtspflanzen, um deren Immunantworten zu unterdrücken und den Pflanzenmetabolismus zu ihrem Vorteil zu verändern. Klassisch wird hierbei Effektorproteinen die Hauptfunktion zugeschrieben, aber neue Studien zeigen, dass auch RNAs ausgetauscht werden und wesentlich zur Kommunikation beitragen. Aktuell werden extrazelluläre Vesikel (EVs) als Transportvehikel zwischen Pilz und Pflanze diskutiert. Die genetisch zugänglichen Brandpilze sind ideale Modellsysteme, um die EV-basierte RNA-Kommunikation zu untersuchen. Erste Studien zum mRNA-Transport in EVs werden bereits in dem Modellbrandpilz Ustilago maydis durchgeführt. In diesem Projekt untersuchen wir die RNA Kommunikation des Brassicaceenbrandpilz T. thlaspeos, den wir gerade als genetisch zugängliches Pathogen der Modellpflanze Arabidopsis thaliana etabliert haben. Zunächst werden wir die Fracht der EVs inventarisieren, um anschließend die Bedeutung des reichsübergreifenden RNAi und des EV-vermittelten mRNA-Transporters für die Virulenz funktional zu untersuchen. Im Gegensatz zu U. maydis hat T. thlaspeos das RNAi-System, so dass wir in einem vergleichenden Ansatz den Beitrag von mRNAs und sRNA Translokation zur Infektion bestimmen können. Was ist die Kernfracht von EVs? Sind mRNA und sRNA Effektoren gegen die gleichen pflanzlichen Prozesse gerichtet? Im Rahmen der Forschergruppe 5516, exRNA Kommunikation, wird T. thlaspeos die Brandpilze repräsentieren, da es das Potential hat, sowohl mRNAs als auch sRNAs für die lebensreichübergreifende RNA Kommunikation zu nutzen. Wir wollen insbesondere die RNA-basierten Strategien von T. thlaspeos mit vaskuläre Wurzelpathogene, Mutualisten oder Pathogen in mehrjährigen Interaktionen vergleichen. Durch diese Vergleiche erlangen wir einen detaillierten Überblick über die Rolle der RNA Effektoren in verschiedenen Infektionssystemen. Langfristig soll dann der molekulare Mechanismus der EV-Beladung mit RNAs aufgeklärt werden, um zu verstehen wie die Auswahl zwischen RNAs für Transport und Translation im Pathogen getroffen wird.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 68 |
| Wissenschaft | 34 |
| Type | Count |
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| Förderprogramm | 68 |
| License | Count |
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| Offen | 68 |
| Language | Count |
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| Deutsch | 68 |
| Englisch | 67 |
| Resource type | Count |
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| Webseite | 68 |
| Topic | Count |
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| Boden | 31 |
| Lebewesen und Lebensräume | 67 |
| Luft | 13 |
| Mensch und Umwelt | 67 |
| Wasser | 14 |
| Weitere | 68 |