Im Rahmen des Biotechnologieprogramms 'Indonesien-Deutschland' werden mit den Methoden der pflanzlichen Biotechnologie und Molekularbiologie Resistenzeigenschaften von Sojabohnenpflanzen und Sojabohnenzellkulturen gegenueber einem hohen Saeuregehalt im Boden/im Medium untersucht, wobei es das Ziel ist, einen Resistenzmechanismus fuer hohen Aluminiumgehalt zu finden. Durch Selektion Aluminium-resistenter Zellen bzw Embryonen und deren Regeneration zu intakten Pflanzen wird es angestrebt, Kultivare der Sojabohne zu entwickeln, die unter den landwirtschaftlichen Bedingungen Indonesiens wachsen koennen.
Die Effizienz der Photosynthese determiniert das Überleben der Pflanzen, die daher auf mehreren Ebenen ein Netzwerk aufgebaut haben, um sich auf Änderungen ihrer Lichtumgebung einzustellen. Änderungen in der Lichtqualität werden empfangen und über spezielle Signaltransduktionskaskaden weitergeleitet, welche wiederum mit anderen Faktoren und Signalwegen interagieren, um das pflanzliche Wachstum zu optimieren und Entwicklungsprozesse anzupassen. Auf diese Art und Weise beeinträchtigt die Lichtqualität auch das Wachstum von Nutzpflanzen. Daher ist ein Verständnis auf molekularer Ebene darüber, wie Pflanzen auf Licht reagieren, wichtig, um Nutz- und Kulturpflanzen zu optimieren. In diesem Projekt wollen wir die Rolle des Brassinosteroid (BR)-regulierten Transkriptionsfaktors CESTA für die Integration der Lichtsignaltransduktion für das BR-regulierte Wachstum verstehen.
Symbiontische N2-Fixierung von Leguminosen und Rhizobiumbakterien in spezifischen Organen der Pflanze (Wurzelknöllchen) stellt einen wirtschaftlich und ökologisch bedeutsamen Beitrag zur N-Ernährung von Leguminosen dar. Die Bedeutung von Leguminosen für die menschliche und tierische Ernährung wird auf nationaler und internationaler Ebene wachsen. Symbiontische N2-Fixierung ist für die Pflanze mit erheblichen Energieaufwendungen verbunden und kann im Gegenzug den überwiegenden Teil der N-Ernährung der Leguminose realisieren. Diese für die Pflanze enormen Stoffumsätze bestimmten wesentlich ihre Produktivität. Die N2-Fixierung ist über gut koordinierte längerfristige (Knöllchenansatz, Knöllchenseneszenz) und kurzfristige Mechanismen (Limitierung der Bildung organischer Säuren, N-Feedbackmechanismus) dem N-Bedarf der Sprosse der Leguminosen angepasst. Das vorliegende Projekt verfolgt das Ziel, einen Beitrag zu einem umfassenden physiologischen und molekularbiologischen Bild der Regulationsmechanismen der N2-Fixierung auf Ganzpflanzenebene zu erbringen, um Ansatzpunkte für eine verbesserte Effizienz dieses Vorgangs zu finden. Hierzu werden auf Basis umfangreicher experimenteller Erfahrung über die längerfristige Manipulation der Atmosphäre um die Wurzeln und/oder um die Sprosse einerseits und durch die Manipulation der Phloemzusammensetzung (N-Feedbackmechanismus) andererseits unterschiedliche 'Regulationszustände' der Knöllchen eingestellt. Diese Pflanzen werden dann einer vergleichenden Transkriptomanalyse auf der Basis von Genchips unterzogen. Identifizierte 'Schlüsselgene' der Knöllcheneffizienz sollen anschließend überexprimiert und die Reaktion der Symbiose verfolgt werden. Die Arbeiten sind an der Modellleguminose Medicago truncatula geplant.
Dimethylsulfid (DMS) ist ein klimarelevantes Spurengas marinen Ursprungs, das in der Atmosphäre als Vorstufe von Kondensationskernen bei der Wolkenbildung dient. Das Südpolarmeer wurde als Region mit erheblicher DMS Freisetzung aus dem Ozean in die Atmosphäre erkannt. Schwerpunkte der DMS Produktion wurden in der Nähe des Antarktischen Kontinentes und in der Zone der saisonalen Eisschmelze ermittelt. Modellsimulationen haben gezeigt, dass Störungen der DMS Flüsse vom Ozean in die Atmsophäre die Wolkenbedeckung beeinflussen und so zu Veränderungen im Strahlungshaushalt der Atmosphäre führen können. Das Prozessverständnis für marine DMS Emissionen und ihre Vorhersage sind somit entscheidend für Szenarien zukünftiger Klimabedingungen. DMS wird im Oberflächenozean durch den bakteriellen Abbau von Dimethylsulfoniumpropionat (DMSP) freigesetzt, das wiederum durch Phytoplankton produziert wird. Der bakterielle DMSP-Abbau folgt zwei konkurrierenden enzymatischen Stoffwechselwegen: dem Demethylierungsweg und dem Spaltungsweg. Da nur der Spaltungsweg zur Produktion von DMS führt, ist ein verbessertes Verständnis von Umweltfaktoren und genetischen Voraussetzungen, die die Balance zwischen den beiden Stoffwechselwegen kontrollieren, von großer Bedeutung um die Regulation der biologischen DMS Flüsse vom Ozean in die Atmosphäre abzuschätzen. Während die globalen Auswirkungen des DMSP Umsatzes im Ozean schon vor mehr als 30 Jahren erkannte wurden, ist es durch neue Methoden der Molekularbiologie und der „Omics“ Techniken erst kürzlich möglich geworden relevante Gene des bakteriellen DMSP Stoffwechsels zu identifizieren und Einsicht in ihre phylogenetische Verteilung zu gewinnen. Bisherige Erkenntnise zum bakteriellen Umsatz von DMSP in marine Systemen basieren weitgehend auf Studien aus mittleren und niederen Breiten, während die polaren Ozeane kaum untersucht wurden. Die Analyse der Bakteriengemeinschaften im Weddellmeer mittels Amplicon Sequenzierung des 16S rRNA Gens hat hohe Abundanzen potentiell DMS produzierender Bakteriengruppen wie der Roseobacter Gruppe und SAR11 gezeigt.Im vorgeschlagenen Projekt möchten wir modernen Methode der Moleklularbiologie in Kombination mit bioinformatischen Werkzeugen anwenden um im Weddellmeer(1) die Umweltkontrolle des bakteriellen DMSP Abbaus zu analysieren(2) die Diversität und Taxonomie DMSP abbauender Bakterien zu untersuchen(3) das genetische Inventar für DMSP Transformationen zu analysieren und(4) Stoffwechsel und ökologische Strategien von Schlüsselarten zu charakterisieren.Hierzu werden Seewasserproben analysiert, die am Östlichen Weddellmeer Eisschelf, am Filchner-Ronne Eisschelf und im Weddellwirbel genommen wurden. Die zu erwartenden Ergebnisse werden das mechanistische Verständnis des bakteriellen DMSP Abbaus im Weddellmeer verbessern und zu verlässlichen Prognosen von marinen DMS Emissionen im Südpolarmeer unter zukünftigen Klimaszenarien beitragen.
Zander (Sander lucioperca) ist auf dem Weg eine wichtige Zielart für die Aquakultur in Deutschland zu werden. Insbesondere die Produktion in geschlossenen Kreislaufanlagen (KLA), unter konstanten Umweltbedingungen und mit minimalem Wasseraustausch, birgt ein großes Potential. Die ganzjährige Bereitstellung von Satzmaterial für diese KLA ist noch ein limitierender Faktor, der jedoch durch die jahreszeitenunabhängige Reproduktion überwunden werden kann. Im Rahmen eines vorherigen DFG-Projektes wurde die endokrine Regulation der Gonadenreifung des Zanders unter veränderten exogenen Faktoren untersucht und ein Protokoll zur erfolgreichen photothermalen Induktion der Laichreife beschrieben. Dieses Protokoll wird jetzt in der betrieblichen Praxis angewandt.Im Rahmen dieses Erkenntnistransferprojektes untersuchen wir den Einfluss der photothermalen Induktionsmethode auf einschlägige Qualitätsparameter der Gameten und frühen Lebensstadien des Zanders. Durch eine Auswahl von biochemischen, enzymatischen und molekularbiologischen Markern und durch Wachstums- und Konditionsschätzer wollen wir herausfinden wie die Ei- und Spermienqualität und die Qualität der frühen Lebensstadien durch die wichtigsten Einflussgrößen aus dem Elterntierbestand determiniert werden. Wir vergleichen dazu den Einfluss der photothermalen Induktion mit dem Grad der Domestizierung, dem Grad der Prä-Ovulation und parentalen Effekten (größenspezifische maternale Effekte, Familienzusammensetzung, Laicherfahrung). Die Eizusammensetzung, Spermienmotilität und Fertilisationsraten geben damit ebenso Aufschluss über additive und nicht additive genetische Effekte, wie es Wachstums- und Expositionsversuche mit Larven und Juvenilen tun werden. Die Verbindung eines multifaktoriellen Versuchsplans mit der Verbindung von experimentellen und analytischen Ansätzen von den Elterntieren, über die Gameten hin zu den frühen Lebensstadien stellen ein bisher einmaliges Unterfangen zur Untersuchung der Reproduktionseigenschaften des Zanders und andere Fischarten dar.Ziel der Arbeit ist es grundlegende Qualitätsparameter für die Gameten und frühen Lebensstadien des Zanders mit den aktuell zur Verfügung stehenden Methoden zu beschreiben und die Wechselwirkungen der parentalen Effekte zu quantifizieren. Eine geeignete Auswahl von belastbaren und in der Praxis anwendbaren Qualitätsparametern, die einerseits auf die jeweiligen Einflussgrößen zurückzuführen sind und andererseits bei der Auswahl von geeigneten Elterntieren zur Reproduktion in KLA helfen, kann in das Bestandsmanagement aufgenommen werden und auf Grund dieser standardisierten Methoden können zukünftige Errungenschaften, insbesondere im Bereich der züchterischen Bearbeitung dieser Art, quantifiziert werden.
Die Raupe des Tabakschwärmers wird weltweit in vielen Instituten als Objekt der Entwicklungsbiologie, Neurophysiologie und Molekularbiologie intensiv erforscht. Das Insekten-Infektionsmodell soll vor allem in mikrobiellen Genomprojekten (Erforschung der Erbsubstanz von Erregern) den Einsatz von den sonst üblichen Wirbeltieren (Maus und Ratte) deutlich reduzieren und kann auch zur Validierung antibakteriell wirksamer Substanzen (Bewertung neuer Antibiotika) als Tiermodell verwendet werden. Als primärer Testorganismus sollen zunächst verschiedene Stämme und Mutanten des Bakteriums Streptococcus pneumoniae verwendet werden. In einem zweiten Schritt soll das Testsystem auf andere pathogene Keime erweitert werden. Im Sinne der Drei-R-Richtlinie (reduction, refinement, replacement) bieten Vorab-Testsysteme, die mit dem Tabakschwärmer Manduca sexta durchgeführt werden könnten, eine ideale Basis zur drastischen Reduktion von Versuchen mit Wirbeltieren.
Jugendlichen fehlt häufig das Wissen und das Verständnis für die Gewässerökologie und ihre Schutzbedürftigkeit. Neueste Umwelt DNA basierte Untersuchungsmethoden ermöglichen mit molekularen Methoden neue Einblicke in die biologische Vielfalt der Gewässer. Sie sind als einfache, kostengünstige Test Kits verfügbar und ermöglichen eine leichte Probenahme. Mit 1 000 Test Kits sollen Jugendliche in Schulen für ein Engagement für die Gewässer motiviert werden. Die Untersuchungen werden als Thema der Molekularbiologie sowie der Ökologie in den Unterricht integriert. Die Jugendlichen erledigen die Probenahme, Auswertung der Ergebnisse und bewerten den Gewässerzustand.
Aufbauend auf Untersuchungen der molekularen Mechanismen kalium-abhängiger Prozesse bei der Mykorrhizainfektion der Wurzeln von Populus und Medicago sollen wirtsspezifische Veränderungen der K+-Flüsse aufgeklärt werden. Ausgehend von den entsprechenden ESTs haben wir im Vorfeld Auxin-, ABA- und Zucker regulierte Kaliumkanäle und -Transporter kloniert und charakterisiert. Im Mittelpunkt unseres geplanten Forschungsvorhabens steht nun der Zusammenhang zwischen den durch die verschiedenen Transporter gesteuerten Flüssen und der Ausbildung der Pflanze-Pilz-Symbiose. Dabei sollen insbesondere der Ernährungsstatus und die hormonelle Regulation Berücksichtigung finden. Beim Übergang in den symbiotischen Zustand sollen deshalb die Pilz-induzierten Änderungen der Kaliumkonzentration und -flüsse in der Wurzel und die Expressions- und Aktivitätsmuster der hierfür verantwortlichen Kanäle und Carrier gezielt untersucht werden. Um dem interdisziplinären Charakter dieses Projektes gerecht zu werden und die noch offenen Fragen zur Ernährungsphysiologie, Molekularbiologie und Biophysik der Symbiose zu beantworten, finden sich im Arbeitsprogramm neben Untersuchungen zur Stoffanalytik und -dynamik verstärkt molekulare und biophysikalische Analysen.
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