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Befallsmechanismen des hyperparasitischen Pilzes Fusarium oxysporum f.sp. orthoceras gegenüber Orobanche cumana, einem parasitischen Unkraut der Sonnenblume

Einleitung: Die Sommerwurzgewächse (Orobanchaceae) sind parasitische Blütenpflanzen, die sich über ein Kontaktorgan (Haustorium) an die Wurzel der Wirtspflanze anhaften und von ihr Wasser, Nährstoffe und Assimilate aufnehmen. Zu den Wirtspflanzen einiger Orobanche-Arten zählen auch wichtige Nutzpflanzen, wie etwa Bohnen, Sonnenblumen oder Tabak. Je nach Befallsintensität kann es zu signifikanten Ertragsminderungen oder sogar zu kompletten Ertragsverlusten kommen. Insbesondere im Mittelmeergebiet, Asien und Nordafrika steigt die Bedrohung der Nutzpflanzenproduktion durch Orobanche stetig an. Die Kontrolle von Orobanche mit Hilfe von Herbiziden ist teuer, schwierig handhabbar und nicht ausreichend effektiv. Resistenzzüchtungen der Nutzpflanzen werden aufgrund des Vorkommens verschiedenster Orobanche-Rassen (mit verschiedenen Pathogenitätsfaktoren) schnell durchbrochen. Leider fehlen bislang ausreichende Informationen zur Interaktion von Orobanche mit den jeweiligen Wirten. Anhand derartiger grundlegender Erkenntnisse könnten alternative oder verbesserte Kontrollmaßnahmen entwickelt werden. Stärkung der Resistenz der Nutzpflanzen (induzierte Resistenz) oder die Verwendung Orobanche-spezifischer Antagonisten (wie etwa des Hyperparasiten F. oxysporum f.sp. orthoceras) als biologisches Kontrollagens stellen wirksame Möglichkeiten der Kontrolle des Pathogens dar. Ziele: Als Modell zum Verständnis der Interaktion der Sommerwurz mit seinen Wirten wird die Assoziation von Orobanche cumana Wallr. und der Sonnenblume (Helianthus annuus L.) verwendet. Die Ziele des Projektes sind: - grundlegender Erkenntniszuwachs zur Interaktion von O. cumana und H. annuus. - Wirkungsweise des Hyperparasiten F. oxysporum f.sp. orthoceras auf seinen Wirt O. cumana (Biochemie, Histologie), - Auswirkung von Pflanzenstärkungsmitteln als Resistenzaktivatoren der Sonnenblume auf den Befall mit O. cumana.

Erstellung einer Kopplungskarte fuer Lein (Linium usitatissium) mit molekularen Markern

Possible effects of transgenic plants on soil organisms

Soil is the first component of the environment that can be effected by GM plants, because they do not only consume the nutritive substances from the soil, but also release there different compounds during a growing period, and leave in the soil their remains. If the plants are modified to increase their resistance to plant pathogens, particularly bacteria, they can also affect the other microorganisms important for plant development. Also there are no considerable data about possible effect of GM plants on soil organic matter and chemical processes in soil. For the experiment it is planned to use transgenic potato plants (Solanum tuberosum L. cv. Desiree) expressing a chimerical gene for T4 lysozyme for protection against bacterial infections; - obtaining and short-term growing of GM plants in laboratory conditions; - extraction and collection of root exudates and microbial metabolites from rhizosphere; - analysis of these exudates by Pyrolysis-Field Ionisation Mass Spectrometry (Py-FIMS) in comparison with the exudates of wild-type plants and transgenic controls not harbouring the lysozyme gene, and with dissolved organic matter from non-cropped soil; - creation of 'fingerprints' for each new transgenic line in combination with certain soil on the basis of marker signals. Expected impacts: - New highly cost-effective express testing system for the risk assessment of genetically modified plants at the earliest stages of their introduction; - The conclusion about safety/danger of GM plants for the soil ecosystems; - Model for prediction of possible risk caused by GM plants.

Anbau heimischer Wildpflanzen als Nutzpflanzen in semi-ariden Gebieten

Es gibt in der suedlichen Kalahari eine Reihe von Wildpflanzen, die von Einheimischen zur Ernaehrung von Tier und Mensch genutzt werden. Ueber den gezielten und kontrollierten Anbau und die damit moegliche Ertragssteigerung durch flankierende Massnahmen ist bisher nichts bekannt. Auf der Farm Avontuur 120 km nordoestlich von Kuruman soll der Anbau von Tylosema esculentum und Vigna lobatifolia erprobt werden. In den letzten Jahren hat der Farmer eine spezielle Technik zur Speicherung von Bodenwasser entwickelt, dessen Eignung fuer den Anbau dieser Pflanzen geprueft werden soll. Tylosema esculentum ist eine ausdauernde Leguminose, deren Samen genutzt werden. Vigna lobatifolia ist eine einjaehrige Leguminose, deren Wurzelknollen gemessen werden.

Entwicklung von Nutzpflanzen, die in einem sich ändernden Klima eine stabile Immunität gegen neu auftretende Krankheitserreger aufweisen

Aktuelle Klimamodelle prognostizieren bis zum Jahr 2100 einen Anstieg der Lufttemperaturen im globalen Durchschnitt um 1-4°C. Ziel dieses Projektes ist es den Einfluss des Klimawandels auf Pflanze-Pathogen Interaktionen und im speziellen auf das pflanzliche Immunsystem zu studieren um die Widerstandsfähigkeit von Nutzpflanzen gegen Krankheiten in einem sich verändernden Klima zu verbessern. Wir werden die Auswirkungen des Klimawandels auf die Immunität von Nutzpflanzen an isogenen Paprika-Genotpyen untersuchen, die funktionell unterschiedliche klonierte Resistenzgene (R/r) tragen. Wir werden drei verschiedene Arten von r/R-Genen untersuchen: 1) NLR-Typ R-Proteine, die am häufigsten vorkommende R-Protein-Klasse, welche mikrobielle Effektorproteine erkennen und Immunreaktionen auslösen, die typischerweise eine hypersensiblen Zelltodreaktion (HR) der Pflanze bedingen. 2) R-Gene vom Executor-Typ, die mikrobielle Effektorproteine über Bindelemente ihrer Promotoren erkennen, was Expression des Executor-R-Gens bedingt und eine HR auslöst. 3) Wirtssuszeptibilitätsgene (S-Gene), die der Erreger zur Vermehrung benötigt und die, wenn sie mutiert sind, eine rezessiv vererbte Resistenz gegen den Erreger verleihen. Wir werden zunächst über Experimente in Klimakammern klären, ob sich r/R Gene, die sich mechanistisch grundlegend unterscheiden, in Bezug auf die Thermotoleranz unterscheiden. Wir werden dann unlängst entwickelte Genome Editing-Ansätze verwenden, um thermotolerante Paprika R-Gene in das Tomatengenom zu integrieren. Um dein Einfluss des Klimawandels auf die pflanzliche Immunität und Xanthomonas unter Feldbedingungen zu untersuchen, werden wir ein Mehrgenerationen-Feldexperiment in OpenTop-Kammern durchführen, das die Klimaschwankungen zwischen den Jahreszeiten berücksichtigt. Insbesondere werden wir untersuchen, wie sich Temperaturschwankungen auf die Interaktion von Wirts-R-Genen mit Pathogen-Virulenzmechanismen auswirken, um die Infektionsdynamik von Pathogenen und Selektionsmuster auf Genebene zu hinterfragen. Das vorgeschlagene Projekt verfolgt einen synergetischen Ansatz, der Physiologie, Wirts-Pathogen-Dynamik und die Anwendung neuartiger Genome-Editing-Tools kombiniert, um klimaresistentere Nutzpflanzen zu entwickeln.

Wiederansiedlung von Ackerbegleitflora (Rote-Liste-Arten)

Ziel: Wiederansiedlung verschollener Ackerbegleitflora. Hypothese: Naehrstoffauslagerung und verringerte Saatdichte der Kulturpflanzen ist die Voraussetzung fuer die Existenz vieler Ackerbegleitkraeuter. Initialeinsaat vorher vermehrter Ackerbegleitflora soll sich unter oben angegebenen Voraussetzungen ueber Samenbildung erhalten. Arbeitshypothese nur teilweise bestaetigt, da zu viel Samen mit Maehdruschernte als Potential verloren gehen.

Die systemisch erworbene Resistenz bei Pflanzen - ein - omics Ansatz zur Pathogenantwort

Ziel dieses Projekts ist es, Signalkomponenten der systemisch erworbenen Resistenz (SAR) in Arabidopsis thaliana und einer Mutante, eds1, welche nicht mehr in der Lage ist, SAR Signale zu produzieren oder zu transportieren, zu identifizieren. EDS1 abhängige Peptide, Lipide und polare niedermolekulare Stoffe werden mit massenspektrometrischen Methoden identifiziert. Danach wird in verschiedenen (Nutz)Pflanzen untersucht, ob die so identifizierten möglichen SAR Komponenten Resistenz gegen Krankheitserreger auslösen. Des Weiteren wird der Einfluss von SAR Signalen auf Prozesse wie z.B. Trockenresistenz untersucht.

Beobachtung Pflanzlicher Photosynthese mit satellitengestützten Messungen der Sonnen Induzierten Fluoreszenz (CropSIF)

Neben Maßnahmen, die die Produktivität von Agrarflächen erhöhen, werden neue objektive Methoden zur kontinuierlichen Überwachung globaler landwirtschaftlicher Ressourcen dringend benötigt. Eine besondere Rolle nimmt dabei die Photosyntheseleistung (gemessen als Bruttoprimärproduktion) der Kulturpflanzen ein, da sie die maximal mögliche Menge an Nahrung und Treibstoff darstellt, die durch landwirtschaftliche Systeme bereit gestellt werden kann. Desweiteren ist sie ein guter Indikator für Ernteerträge und Stress. In den vergangenen Jahrzehnten wurden auf Reflektivitätsdaten beruhende optische Fernerkundungsmethoden benutzt um landwirtschaftliche Ressourcen abzuschätzen. Spektral aufgelöste Reflektivitätsdaten lassen auf biochemische und strukturelle Eigenschaften der Vegetation schließen, die wiederum auf die potentielle Photosyntheseleistung hindeuten, und sie sind die Grundlage zur Bewertung des Zustands der Pflanzen und ihrer phenologischen Entwicklungsstufe in hoher räumlicher Auflösung. Basierend auf diesem Messprinzip sollen die Sentinel-2 Satelliten (2015 gestartet) die Zugpferde der operationellen Agrarüberwachung in den kommenden Jahrzehnten werden. Es ist jedoch bekannt, dass Vegetationsparameter aus der Fernerkundung, die auf spektralen Reflektanzen beruhen, nicht die komplexen und hoch variablen physiologischen Abläufe der Photosynthese erfassen können. Ergänzend zu Reflektivitätsmessungen sind seit Kurzem globale weltraumgestützte Messungen von sonneninduzierter Chlorophyllfluoreszenz (Englisch sun-induced chlorophyll fluorescence, SIF) möglich. Wie gezeigt werden konnte, besitzt SIF eine höhere Sensitivität gegenüber der Photosyntheseaktivität auf Agrarflächen als andere Parameter oder Modelle. Das Instrument TROPOMI (Tropospheric Monitoring Instrument), das ab Mitte 2017 auf dem EU Copernicus Sentinel 5-Vorläufersatelliten fliegen wird, wird die Messung von SIF in einer sehr viel höheren räumlichen und zeitlichen Auflösung als alle bisherigen Instrumente/Missionen ermöglichen. Somit stellt TROPOMI einen Meilenstein für die Einschätzung von Photosynthese im Allgemeinen, und der Produktivität von Nutzpflanzen im Besonderen, dar. Die Kombination von TROPOMI und Sentinel-2 Daten wird eine auf Beobachtungen basierende, globale Beobachtung der Photosyntheseaktivität auf Agrar-, Gras- und Weideflächen mit einer bisher nie dagewesenen räumlichen und zeitlichen Auflösung und Genauigkeit erlauben. Das Projekt CropSIF wird Nutzen aus den besonderen Möglichkeiten ziehen, die diese Konstellation von Instrumenten in naher Zukunft bieten wird, um die Produktivität von Agrarpflanzen und klimatischer Einflüsse darauf abzuschätzen. Wir werden zeitlich aufgelöste Karten der Bruttoprimärproduktion der Nutzpflanzen erstellen, die dann der Analyse von Effekten extremer Klimaereignisse auf die Produktivität in verschiedenen Agrargebieten der Erde dienen werden.

Auswirkungen von verschiedenen Maisanbausystemen auf die Populationsdynamik von Maisstengelbohrern und ihrer natürlichen Feinde in Kamerun

In dem Forschungsvorhaben sollen Untersuchungen zum Einfluss von verschiedenen Maisanbausystemen und einer verbesserten Bodenfruchtbarkeit auf die Populationsdynamik von Maisstengelbohrern und deren natürlichen Feinden in der Regenwaldzone Kameruns durchgeführt werden. Im Rahmen von Feldversuchen sollen Mais-Monokulturen mit Mischkulturen aus Mais und Leguminosen und Mais und Maniok verglichen werden, die räumlich als Reihen- und Streifensaat angelegt werden. Bei den Untersuchungen zur verbesserten Bodenfruchtbarkeit sollen schwerpunktmäßig der Effekt von Leguminosen-Bodenbedeckerpflanzen sowie der von unterschiedlichen N/K-Düngergaben auf den Maisertrag, den Befall durch Maisstengelbohrer und der Einfluss von Ei- und Larvenparasitoiden auf die Maisstengelbohrer untersucht werden. Mittels destruktiver und nicht-destruktiver Datenerhebungsverfahren sollen potentielle Einflüsse dieser Faktoren auf eine mögliche Reduktion der Stengelbohrerabundanz und eine gesteigerte Effizienz ihrer natürlichen Feinde in den unterschiedlichen Anbausystemen quantifiziert werden. Darüber hinaus soll die Bedeutung von Feuchtgebieten (Talböden oder 'inland valleys') als Reservoir für Maisstengelbohrer und ihrer natürlichen Feinde in der Trockenzeit mittels Prospektionen und detaillierten Versuchen zur Migration der Schädlinge und Nützlinge in benachbarte Felder in der Regenwaldzone analysiert werden. Gesamtziel dieser Untersuchungen ist es, durch einen 'habitat management'-Ansatz eine Abundanzreduktion bei Maisstengelbohrern zu bewirken.

Reaktionsvermögen von Wachstumsmodellen auf Fruchtfolgewirkungen, insbesondere auf die vorfruchtabhängige Variation des Stickstoffangebotes

Zur Simulation von Fruchtfolgen - im einfachsten Fall ein Fruchtfolgeglied aus zwei aufeinanderfolgenden Nutzpflanzenbeständen - müssen mechanistische Wachstumsmodelle mit Modellen der vorfruchtabhängigen Stickstoffnachlieferung gekoppelt werden. Bisher wurden wenige derartige Modelle entwickelt und oft unzureichend validiert. Es ist jedoch aus pflanzenbaulichen und ökologischen Gründen notwendig, die fruchtfolgespezifischen N-Flüsse quantifizieren zu können. Während eines 6-monatigen Aufenthaltes am Department for Theoretical Production Ecology in Wageningen (NL) soll ein vom Antragsteller in Hohenheim entwickeltes Modell der N-Transformationsprozesse im Boden mit dort vorhandenen Wachstumsmodellen für Körnerfruchtbestände je einer Vor- und Nachfrucht verknüpft werden. Zur Kalibration und Validierung der resultierenden Modelle stehen mehrjährige Datensätze aus Feldversuchen in Hohenheim für unterschiedliche Fruchtfolgefelder zur Verfügung. Anschließend soll ein Vergleich zwischen diesen und einem in Wageningen entwickelten, weniger detaillierten Fruchtfolgemodell erfolgen. Das Wageninger Institut ist wegen der dort verfolgten originellen Wachstumsmodellierung unter Einbezug produktionstechnischer Maßnahmen für die gewählte Zielsetzung besonders geeignet.

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