Eine hohe Salzkonzentration im Boden führt bei Pflanzen unweigerlich zu schwerem Wassermangel. Vor dem Hintergrund des Klimawandels wird dies weltweit als eine große Bedrohung für die landwirtschaftliche Produktion angesehen. Klimamodelle sagen bis zum Jahr 2050 einen zunehmenden Druck der Salinität der Böden auf die landwirtschaftliche Produktivität voraus. Das Verständnis und die Nutzung der Toleranz von Pflanzen gegenüber hohen Salzkonzentrationen werden daher zu einer großen wissenschaftlichen Herausforderung. Die Verbesserung der Salztoleranz ist komplex, da sie als quantitatives Merkmal reguliert wird, an dem mehrere genetische Pfade gleichzeitig beteiligt sind. Die offensichtliche Auswirkung von Salzstress auf das Pflanzenwachstum und die Produktion besteht darin, dass die Pflanzenwurzeln Probleme haben, Wasser aufzunehmen, indem sie den osmotischen Stress in den Wurzelzellen und die Ionentoxizität (z. B. Na+) reduzieren. Gegenwärtig fehlt es an Wissen über die Auswirkungen des Salzgehalts auf die Regulierung des Primärstoffwechsels sowie über die molekularen Grundlagen bezüglich der Gene, welche zur Salztoleranz bei Nutzpflanzen beitragen. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens möchte ich neue genetische und molekulare Wege zur Charakterisierung der Regulierung salztoleranzbezogener Merkmale im Keimlings-, vegetativen und Reproduktionsstadium in zwei hochdiversen Gerstenkollektionen entdecken und erklären. Meine Hypothese ist, dass die Identifizierung neuer Loci und Gene, die eine wichtige Rolle bei der Anpassung von Gerste an Salzstress spielen, Züchtungsprogramme zur Bewältigung des Klimawandels und die nachhaltige Produktion von Gerste und anderen Kulturpflanzen wie Weizen erheblich unterstützen wird. Um mein Forschungsziel zu erreichen, werde ich mich auf die Charakterisierung der weltweit sehr diversen Gerstensammlungen HEB-25 und der Intermedium-spike Gerstensammlung konzentrieren, um Eigenschaften zu untersuchen, die mit dem Pflanzenertrag unter Salzstress zusammenhängen. Der nächste Schritt besteht darin, die Sequenz der nützlichen Allele wilder Verwandter mithilfe von Genomeditierung in Elitegerste einzuführen. Dieser zweite Ansatz würde darin bestehen, alle Probleme außer Acht zu lassen, da das Kandidatengen für die Blütenentwicklung essentiell ist und ein vollständiger Knockout tödlich wäre. Ich werde diese Forschungsarbeiten an der sehr gut entwickelten und etablierten Professur für Pflanzenzüchtung der Universität Halle (MLU) durchführen, welche einen einzigartigen Ausgangspunkt für ein Forschungsnetzwerk zum Thema Salinitätsstress bietet, in Kooperation mit führenden Pflanzenwissenschaftlern der Naturwissenschaftlichen Fakultät III der MLU und des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK).
Bodensalinität hat einen gravierenden Einfluss auf den Ernährungszustand und das Wachstum von Kulturpflanzen. Salzstress vermindert das Wachstum von Kulturpflanzen. Voruntersuchungen haben gezeigt, dass Salzstress bei Mais zu einer Alkalisierung des Apoplasten führt. Expansine sind apoplastische Proteine die für die Extensibilität der Zellwand und deren Wachstum verantwortlich sind. Sie haben ein saures pH-Optimum. Erste proteomanalytische Voruntersuchungen haben auch gezeigt, dass Expansine unter Salzstress vermindert werden und dass sie damit vermutlich wesentlich zur Wachstumsreduktion beitragen. Im vorliegenden Projekt soll die Regulation einzelner Expansin-Isoformen auf Transkriptebene sowie proteomanalytisch untersucht werden. Ein Expansinantikörper mit dessen Hilfe die Regulation einzelner Isoformen quantitativ in (2D-)Western-Blots sowie histologisch nachgewiesen werden kann, soll zum Einsatz kommen. Dazu sollen Kurzzeit- und Langzeit-Salzstress in verschiedenen Segmenten von Maisblättern untersucht werden. Weiterhin sollen das unterschiedliche Anpassungsvermögen mittels sensitiver und resistenter Maishybriden untersucht werden. Des Weiteren könnten Expansin-Isoformen auch durch posttranslationale Modifikationen reguliert werden. Im geplanten Projekt sollen daher Proteinphosphorylierungen an apoplastischen Proteinen untersucht werden. Optional soll im letzten Zeitraum des Antrags anhand eines revers-genetischen Ansatzes weiterhin eine Expansin-Isoform in Mais überexprimiert werden, um zu überprüfen, in wieweit diese Isoform zum verbesserten Wachstum unter Salinität beiträgt. Die Ergebnisse des Projekts werden maßgeblich zur Aufklärung des Beitrags der Expansine zur Wachstumsregulation von Mais unter Salzstress beitragen.
Die Symbiose der arbuskulären Mykorrhiza zwischen Landpflanzen und Glomeromyceten steigert die Aufnahme von Mineralien durch die Pflanze und hat daher ein großes Potential einen Beitrag zur nachhaltigen Landwirtschaft zu leisten. Grundlegend für diese Symbiose sind hochverzweigte pilzliche Strukturen, die Arbuskeln, welche Nährstoffe in die Wirtszelle übertragen. Wir haben den GRAS Transkriptionsfaktor REDUCED ARBUSCULAR MYCORRHIZA1 (RAM1) als einen Regulator der arbuskulären Entwicklung identifiziert und möchten nun die Regulation und Funktion dieses wichtigen Regulators aufklären.
Klimamodelle sagen eine weitere Erhöhung der Lufttemperatur und gleichzeitig Änderungen in der Niederschlagshäufigkeit sowie - Intensität voraus. Hohe Temperaturen fördern Trockenperioden und Hitzewellen - wie z.B. im Jahr 2003 - werden alle paar Jahre auftreten. Ostösterreich ist eine Trockenregion mit jährlichen Niederschlagssummen zwischen 500 und 700 mm. Daher ist die Wasserverfügbarkeit einer der wichtigsten Parameter bezüglich der Stabilität der Wälder in Ostösterreich. Die negativen Effekte klimatischer Extremereignisse sind nicht nur im Jahr des Auftretens sichtbar. Sie zeigen Wirkung auf die Vitalität und Wüchsigkeit der Bäume über mehrere Jahre hinweg. Zum Beispiel konnten nach der Trockenphase 2003 in Zentraleuropa Effekte an Nadeln sowie auf den Zuwachs über bis zu vier Jahre beobachtet werden. Auch die Holzdichte, der wichtigste Parameter der Holzqualität, wird von Trockenperioden beeinflusst. Daher bedrohen klimatische Extremereignisse nicht nur die Stabilität der Wälder, das Einkommen und das finanzielle Risiko der Waldbesitzer sondern auch mögliche Fördergelder der Nationalen Regierung und der Europäischen Union. Die klimatischen Verbreitungsgrenzen von Baumarten werden nicht nur durch mittlere Temperatur- oder Niederschlagswerte bestimmt, sondern in weit größerem Maße von Klimaextremen. Auf Grund der zu erwartenden Änderungen des Klimas muss der Faktor Trockenresistenz verstärkt bei der Auswahl von Baumarten und Samenherkünften sowie Waldbauliches Planen und Handeln berücksichtigt werden. Der vorliegende Projektantrag hat das Ziel, die Reaktion der für die österreichische Forstwirtschaft ökonomisch bedeutsamen Nadelhölzer Fichte, Lärche, Tanne und Douglasie auf Trockenperioden der Vergangenheit mittels Röntgen-densitometrischer Messungen zu bestimmen. Die wesentlichen Fragen des Projektes sind: Wie stark reagieren die Baumarten mit Zuwachseinbußen und Holzdichteveränderungen? Welche Dauer und Intensität muss eine Trockenperiode aufweisen, um für die jeweilige Baumart relevant zu sein? Wie groß ist die genetische Variation der Trockenreaktion der Baumarten und kann diese Variation genutzt werden, um zukünftige Baumpopulation an das erwartete Klima durch Selektion geeigneter Herkünfte anzupassen? Die dendroklimatologischen Untersuchungen werden an Individuen von Herkunftsversuchen, d.h. von Versuchen, auf denen eine Vielzahl verschiedener Samenherkünfte gemeinsam angepflanzt wurden, durchgeführt. Die hier angestrebte Analyse der Trockenreaktion verschiedener Baumarten und Herkünfte wird unser Verständnis der klimatischen Grenzen von Baumarten verbessern und wichtige Impulse zur Entwicklung von Adaptationsmaßnahmen für vitale Wälder unter zukünftigen Klimabedingungen geben.
Das vorgeschlagene Projekt hat die Aufgabe, das Schwerpunktprogramm (SPP) 1530 'Flowering time control: from natural variation to crop improvement' zwischen 2014 und 2017 zu koordinieren. Dabei wird der Koordinator in enger Abstimmung mit dem Programmkomitee arbeiten. Darüber hinaus organisiert der Koordinator Themen/Technik-bezogene Treffen sowie Treffen junger Wissenschaftler. Dafür soll die Stelle der Projektmanagerin (PM) verlängert werden, um das vorhandene Portal zur Darstellung von Ergebnissen und Informationen des SPP aufrecht zu erhalten und zu pflegen sowie den Wissensaustauch zwischen den Gruppen zu unterstützen und das SPP in der Öffentlichkeit zu präsentieren. Dazu werden die in der ersten Phase eingerichteten web-basierten Inter- und Intranetforen weiter gepflegt. Der PM unterstützt den Koordinator bei der Organisation der Tagungen und speziellen Arbeitstreffen sowie bei der Organisation des internationalen Kongresses zum Ende der Laufzeit. Er hält Kontakt zu dem Wissenschaftlichen Beirat, dem Programmkomitee und den ausländischen (assoziierten) Partnern des SPP und ist für den Internetauftritt des SPP verantwortlich. Der PM unterstützt und koordiniert weiterhin die Aktivitäten der einzelnen Arbeitsgruppen und der integrativen Projekte. Dafür wird ein Budget für die Durchführung der Treffen, Reisemittel für SPP Mitglieder und assoziierte Partner zur Teilnahme an den jährlichen Treffen beantragt. Weiterhin werden SPP-Gruppen bei der Teilnahme an speziellen Arbeitstreffen unterstützt. Schließlich umfasst das Budget Mittel für die Unterstützung von jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, damit sie ihre Projektarbeit und die Kinderbetreuung in Einklang bringen können.
Die Symbiosen der pflanzlichen Wurzel mit arbuskulären Mykorrhizapilzen und Stickstoff-fixierenden Bakterien bergen ein großen Potential für die nachhaltige Landwirtschaft. Jüngste Ergebnisse legen nahe, dass Kalzium und Calmodulin-abhängige Proteinkinasen (CCaMK), zusammen mit einem DNA-bindenden Transkriptionsaktivator, CYCLOPS, einen wichtigen regulatorischen Knotenpunkt bei der Entscheidung zwischen diesen beiden Symbiosen darstellen. Hier möchten wir die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen für diesen Entscheidungsprozess untersuchen.
Die Temperatur ist ein wichtiger Umweltreiz für die Kontrolle des Blühzeitpunkts bei Pflanzen. In Arabidopsis bewirkt Kälte eine Verzögerung des Wachstums und der Blühinduktion und auf molekularer Ebene führt Kälte zur Akkumulation von DELLA Proteinen, zentralen Repressoren des Wachstums und der Blühinduktion aus dem Gibberellin (GA)-Signalweg. Die DELLA-Abundanz reagiert ziemlich rasch auf Veränderungen der Temperatur und die Effekte der DELLA-Akkumulation können durch GA (Behandlungen) wieder aufgehoben werden. Wir haben kürzlich gezeigt, dass der Arabidopsis MADS-Box Transkriptionsfaktor APETALA1 (AP1) durch direkte Interaktionen mit DELLA Proteinen reprimiert wird. Des Weiteren haben wir Hinweise darauf, dass erhöhte Mengen an AP1 Expression auf molekularer Ebene für die frühe Blüte zweier Arabidopsis-Accessionen in kalten Temperaturen sind. Wir möchten nun die Hypothese testen, dass die erhöhten Mengen an AP1 die inhibitorischen Effekte der DELLA Repressoren in kalten Temperaturen aufheben. Zweitens möchten wir testen, ob das AP1-DELLA regulatorische Modul auch in Getreiden konserviert ist. Bei der Gerste und im Weizen sind die VERNALIZATION1 (VRN1) Proteine, die nächsten Orthologen von Arabidopsis AP1, zentrale Regulatoren der Blühinduktion. Wir möchten daher testen, ob VRN1 aus der Gerste und dem Weizen auch mit den DELLA Proteinen aus diesen beiden Species interagieren können und ob die Kontrolle des Blühzeitpunkts in Antwort auf Temperatur und GA von dieser Interaktion abhängig ist.
Mit Hilfe von next generation Resequenzierung werden Genomregionen mit Einfluss auf die Trockentoleranz in Mais charakterisiert. Diese Regionen werden in einer Introgressionsbibliothek, die für Trockentoleranz spaltet, gezielt angesprochen. Mit Trockentoleranz assoziierte Gene werden umfassend charakterisiert und in einer Sammlung diverser Maislinien auf allelische Variation untersucht. Ein in silico Ansatz dient der Lokalisierung weiterer Gene für Trockentoleranz und der Erstellung einer virtuellen Genomkarte für die Trockenstressantwort im Mais.
Heterosis, oder Hybridleistung, ist ein wichtiger Mechanismus für die Verbesserung des Ernteertrags fremdbefruchtender Ackerfrüchte. Bei Raps (Brassica napus L.) stellen Hybriden heute weltweit den Hauptmarktanteil für Saatgut. Im Gegensatz zu anderen wichtigen Hybridfrüchten, wie zum Beispiel Mais, zeigt Raps jedoch nur vergleichsweise geringe Heterosiseffekte für Ertrag. Die Rapszüchtungsindustrie hat daher ein grosses Interesse an einer Optimierung der Heterosis für die Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Hybriden. Basierend auf früheren Beobachtungen liegt diesem Projekt die Hypothese zugrunde, dass Heterosis von Entwicklung und Ertrag durch allgemeine regulatorische Faktoren beeinflusst ist. Spezifische Allelkombinationen dieser Faktoren, zusammen mit den durch sie vermittelten Metaboliten- und Genexpressionsprofilen, sind daher mit einer verstärkten Heterosis assoziiert. Ziel dieses Projektes ist, Omics-basierte Modelle zu entwickeln, die eine Vorhersage der Heterosis des Samenertrags in Raps-Elitehybriden ermöglichen. Die Entwicklung und Validierung solcher Modelle zur Vorhersage der Hybridleistung beinhaltet den Vergleich von DNA-Sequenzen und Metaboliten- sowie Transkriptomdaten aus einem großen Set von Elite-Elternlinien mit umfangreichen phänotypischen Entwicklungsdaten und Ertragsbonituren der F1-Nachkommenschaft unter Freilandbedingungen. Für die Genotypisierung mittels genomweiter single-nucleotide polymorphism (SNPs) Marker wird das neue B. napus 60k-SNP Infinium Array genutzt. Mittels neuester Methoden zur mRNA-Sequenzierung, Massenspektrometrie und Hochdurchsatz-Phänotypisierung werden darüber hinaus auch Daten zum Transkriptom, Metabolom und Phänotyp erhoben. So soll ein Omic-Selektionsprofil erstellt werden, das in Kombination mit entsprechenden analytischen und statistischen Methoden den Züchtungsprozess beschleunigen und den Selektionserfolg verbessern kann, indem Elternlinien mit dem höchstem Potential für die Erzeugung von neuen Hochleistungshybriden bereits zu einem frühen Zeitpunkt vorausgewählt werden können. Die Identifizierung von geeigneten genomischen, transkriptomischen oder metabolomischen Indikatoren zur Vorhersage der Heterosis wird darüberhinaus zu einem besseren Verständnis der molekularen Prozesse und Mechanismen beitragen, die an der Ausprägung der Heterosis in Raps beteiligt sind. In Zusammenarbeit mit zwei führenden deutschen Herstellern für Raps-Hybridsorten (Norddeutsche Pflanzenzucht Hans-Georg Lembke KG and Deutsche Saatveredelung AG) werden wir unsere Grundlagenforschung zu einem ebenso fundamental wichtigen wie auch wertschöpfenden Prozess der Pflanzenzüchtung in ein System zur Verbesserung der Hybridzüchtung mit starkem kommerziellen Potential einbringen.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 380 |
| Europa | 1 |
| Kommune | 1 |
| Land | 43 |
| Wissenschaft | 208 |
| Zivilgesellschaft | 3 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 380 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 380 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 357 |
| Englisch | 102 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Dokument | 11 |
| Keine | 150 |
| Webseite | 230 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 307 |
| Lebewesen und Lebensräume | 379 |
| Luft | 198 |
| Mensch und Umwelt | 380 |
| Wasser | 187 |
| Weitere | 380 |