Barley (Hordeum vulgare) is an important cereal grain which serves as major animal fodder crop as well as basis for malt beverages or staple food. Currently barley is ranked fourth in terms of quantity of cereal crops produced worldwide. In times of a constantly growing world population in conjunction with an unforeseeable climate change and groundwater depletion, the accumulation of knowledge concerning cereal growth and rate of yield gain is important. The Nordic Genetic Resource Center holds a major collection of barley mutants produced by irradiation or chemical treatment. One phenotypic group of barley varieties are dwarf mutants (erectoides, brachytic, semidwarf, uzu). They are characterized by a compact spike and high rate of yield while the straw is short and stiff, enhancing the lodging resistance of the plant. Obviously they are of applied interest, but they are also of scientific interest as virtually nothing is known about the genes behind the development of plant dwarfism. The aim of this project is to identify and isolate the genes carrying the mutations by using state of the art techniques for gene cloning at the Carlsberg Laboratory. The identified genes will be connected with the mutant phenotype to reveal the gene function in general. One or two genes will be overexpressed and the resulting recombinant proteins will be biochemically and structurally characterized. The insights how the mutation effects the protein will display the protein function in particular. Identified genes and their mutant alleles will be tested in the barley breeding program of the Carlsberg brewery.
Die Abhaengigkeit der Rate chemo- und strahleninduzierter Mutationen in Keimzellen der Maus von verschiedenen biologischen Faktoren und unterschiedlichen Behandlungsbedingungen wird untersucht. Die Kenntnis dieser Zusammenhaenge verbessert die Extrapolationsmoeglichkeiten der Tierversuche fuer die Beurteilung des genetischen Risikos von physikalischen und chemischen Noxen fuer den Menschen. Zur Abschaetzung des genetischen Risikos fuer den Menschen ist ausserdem die Kenntnis notwendig, in welchem Verhaeltnis zueinander dominante und rezessive Genmutationen, Stoffwechselmutationen und erbliche Trtanslokationen induziert werden. In einem koordinierten Versuch wird deshalb die Wirkung von Aethylnitrosoharnstoff auf die verschiedenen genetischen Endpunkte untersucht.
Energiereiche Strahlung und zahlreiche Agentien veraendern oder unterbrechen die genetischen Regelprozesse in Abhaengigkeit von der Dosis, mit dem Risiko der Krebsinduktion oder der Vererbung von Mutationen. Fuer die meisten aktuellen Schadstoffe (z.B. Schwermetalle, Dioxine, Nitrosoverbindungen) und fuer Strahlung ist die Wirkung kleiner Dosen noch weitgehend unverstanden. Die zu diesem Problemkreis durchgefuehrten Untersuchungen beziehen sich auf folgende Fragen: Welchen Einfluss haben Transport, Ablagerung und biologische Halbwertszeit der Aktiniden und anderer Schwermetalle auf zellbiologische Parameter in Leber, Lunge und Knochen, wobei der Mikrodosimetrie als Grundlage der Risikokalkulation besondere Bedeutung zukommt? Welcher Mechanismus liegt der Genaktivierung nach Einwirkung von Strahlung oder chemischen Agentien zugrunde? Welchen Einfluss haben Steroidhormone beim Signaltransfer in der Zelle? Wie und in welchem Ausmass wird ein Schaden an der DNA repariert?
Ziel der Untersuchungen ist es, die Funktion von Genen bei der Zelldifferenzierung von Pilzen aufzuklaeren. Dafuer wurden Mutanten der Hefe Yarrowia lipolytica mit veraenderter Zellmorphologie und gleichzeitig hoher Empfindlichkeit gegen Dikohlenstoffverbindungen charakterisiert. Es wurden zwei Mutantenallele isoliert und der Mutationsort nachgewiesen.
1. In vitro Untersuchungen zur Anwendung strahleninduzierter Chromosomenaberrationen in menschlichen Lymphozyten als quantitativen biologischen Indikator sowie Chromosomenanalysen bei Tumorpatienten nach Neutronentherapie werden fortgesetzt zur Ueberpruefung der in vitro ermittelten Eichkurven als Grundlage fuer eine biologische Dosisabschaetzung. 2. Fortfuehrung der quantitativen Studien ueber die zytogenetische Wirkung verschiedener Umweltchemikalien, insbesondere Schwermetalle, in menschlichen Lymphozyten und Saeugetierzellen. Chromosomenanalysen bei Arbeiten aus Kernkraftwerken.
Es wird die Wirkung langwelliger ultravioletter Strahlung (300-400 mm) an den Objekten E. coli und Saccaromyces cerevisiae untersucht. Parameter sind hierbei das Ueberlebensverhalten sowie das Auftreten von Mutationen. Besonderen Raum nimmt das Studium von Fotosensibilatoren sowie der Einfluss von Sauerstoff ein.
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.
Im Gegensatz zu anderen landwirtschaftlichen Arten sind die im Weinbau verwendeten Sorten sehr alt, Riesling mindesten 500 Jahre, Spätburgunder mindestens 1000 Jahre. Reben werden vegetativ vermehrt und im Laufe der Zeit haben sich durch Mutationen bei traditionellen Sorten zahlreiche Spielarten entwickelt. Gelegentlich betreffen diese Veränderungen deutlich sichtbare Merkmale wie die Blattbehaarung oder die Beerenfarbe. So entstanden aus dem blauen Spätburgunder die Sorten Ruländer und Weißburgunder. Doch die meisten dieser genetischen Veränderungen bleiben unscheinbar, wie eine veränderte Beerengröße, Beerenstiellänge, Seitentriebbildung oder Säuregehalt der Früchte. Es sind jedoch gerade diese Veränderungen, die die Voraussetzungen für die Entwicklung neuer, den Belangen der Praxis besser angepasster Klone bildet. Diese erlauben des dem Winzer den für seine Produktionsziele besten Klon zu benutzen. So erfolgreich die deutsche Klonenselektion in den vergangenen 100 Jahren auch war, so gefährdet ist sie jedoch auch. Durch den Ersatz alter Weinberge, die noch nicht mit Klonen bepflanzt wurden, durch Klonen reine Bestände, verschwindet die genetische Vielfalt innerhalb alter traditioneller Sorten wie Riesling oder Burgunder. Damit reduziert sich gleichzeitig die Möglichkeit zur Entwicklung neuer Klone, die den Erfordernissen eines zunehmend kompetitiven globalen Marktes, gewachsen sind. Eine Erhaltung dieses Material ist daher dringend geboten. Zurzeit dürften weniger als 500ha der deutschen Rebfläche nicht mit Klonenmaterial bepflanzt sein. Viele dieser Weinberge stehen in sehr alten, schwer zugänglichen Steillagen an der Mosel und sind sowohl wegen ihres hohen Alters als auch ihrer geringen Wirtschaftlichkeit bedroht. Die Zahl nimmt durch Betriebsaufgaben und Flurbereinigungen ständig ab und damit auch die genetische Streubreite alter Sorten, wie Riesling. Zur Sicherung der genetischen Vielfalt innerhalb traditioneller deutscher Sorten sammelt das Fachgebiet in alten Rebanlagen phänotypisch interessant erscheinendes Material, testet es auf wirtschaftlich wichtige Viruserkrankungen und sichert gesundes Material in situ auf den Flächen des Fachgebiets bzw. denen von Partnerinstitutionen.
Der UV-A/Blaulichtrezeptor Cryptochrom 2 (cry2) spielt eine zentrale Rolle bei der photoperiodischen Blühinduktion. Wichtige Komponenten der Signalleitung von cry2 sind mehrere nah verwandte bHLH Transkriptionsfaktoren (CIB1, CIB2, CIB4, CIB5), die Blaulicht-abhängig an cry2 binden, als Heterodimere an nicht-kanonische E-Box Motive in der Promotorregion des FLOWERING LOCUS T (FT) Gens binden und hierdurch die Expression dieses zentralen Blühgens induzieren. Weiterhin interagiert cry2 im Blaulicht mit SPA-Proteinen und inhibiert damit die Aktivität der E3 Ubiquitin Ligase CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENESIS 1 (COP1), die maßgeblich am Abbau des FT-Transkriptionsaktivators CONSTANS (CO) beteiligt ist. Wir haben gezeigt, dass der FAD-Chromophor im signalaktiven Zustand von cry2 in der neutralen Semichinonform vorliegt und die Bildung dieser Form durch Metabolite wie ATP und NADPH verstärkt wird. Gerichte und strukturbasierte Mutagenese von CRY2 lieferte Hinweise darauf, welche Aminosäuren für die Metabolit-Kontrolle erforderlich sind. Diese Information soll genutzt werden, um die Rolle dieser Metabolite bei der photoperiodischen Blühinduktion aufzuklären. Geplant ist hierfür die Expression entsprechender cry2 Allele in planta und die Analyse der generierten Pflanzenlinien hinsichtlich Blühverhalten, FT-Expression und Interaktion mit down-stream Komponenten. Diese Untersuchungen sollen durch in vitro Studien mit rekombinanten Proteinen komplettiert werden. Im Gegensatz zum Wildtyp Allel von cry1 induziert die cry1L407F Mutante gesteigerte Expression von CO und FT sowie frühes Blühen im Kurztag. In vitro Analysen zeigten ein tryptisches Spaltmuster von cry1L407F im Dunkeln, welches dem von Wildtyp cry1 im Blaulicht entspricht. Das geplante Vorhaben soll klären, ob cry1L407F die gleichen Komponenten wie cry2 für die Induktion von FT nutzt. Hierfür sind Analysen der cry1L407F Mutante im cib1/cib2/cib5 Hintergrund sowie Interaktionsstudien mit cry2 Partnern geplant. Direkte Zusammenarbeiten ergeben sich mit den Vorhaben von Christian Jung (Blühkontrolle bei Beta vulgaris) und Markus Schmid (Regulation des Blühzeitpunkts durch Trehalose-6-P).
Die Methode zur Bestimmung dominanter Katarakte ermoeglicht eine direkte Abschaetzung des Risikos fuer den Menschen durch Strahlen und Chemikalien, da diese Klasse von Mutanten mit dominanten Katarakten des Menschen vergleichbar ist. Zur Verbesserung der Risikoabschaetzung wird eine vergleichende Untersuchung verschiedener genetischer Endpunkte durchgefuehrt, die das Verhaeltnis induzierter rezessiver und dominanter Genmutationen, von Stoffwechselmutanten und von erblichen Translokationen in den Keimzellen der Maus nach Behandlung mit Aethylnitrosoharnstoff aufzeigen soll. Die Rate strahleninduzierter Mutationen wird ausserdem in Abhaengigkeit vom Genotyp untersucht. Diese Untersuchung ermoeglicht zum ersten Mal die Aufklaerung der Frage, ob die Ausbeute von strahleninduzierten lebensfaehigen Mutanten beim Saeugetier vom Genotyp abhaengig ist. Parallel wird die Abhaengigkeit der Ausbeute an chemoinduzierten dominanten Letalmutationen vom Genotyp der Maus untersucht. Es ist eine Untersuchung mit 7 verschiedenen Maeusestaemmen geplant. Diese Versuche koennen einen Aufschluss ueber moegliche Unterschiede in der Repair-Kapazitaet verschiedener Genotypen erbringen.
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|---|---|
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