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Verlängerte Wurzeln zur effizienten Erschließung von Stickstoffquellen durch Veränderung der Brassinosteroid- und Auxinbioynthese und Signaltransduktion

Pflanzen passen sich an räumliche und zeitliche Fluktuationen von Nährstoffen im Boden durch das "Sensing" von Nährstoffen und Veränderungen in der Wurzelarchitektur an. Solche morphologischen Anpassungen ermöglichen es, verfügbare Nährstoffe im Boden effizienter zu erschließen. Wenn Pflanzen unter leichtem bzw. mildem Mangel an Stickstoff (N) wachsen, erhöhen sie die Länge von Primär- und Seitenwurzeln. Diese Reaktion birgt Potential zur Verbesserung der N-Effizienz, weil sich das Bodenvolumen vergrößert, aus dem limitierende Nährstoffe aufgenommen werden. In unseren Vorarbeiten haben wir in natürlichen Akzessionen der Modellpflanze Arabidopsis allelische Variation in Genen der Brassinosteroid- und Auxinbiosynthese bzw.-Signaltransduktion (YUC8, BSK3) gefunden, die die Wurzelverlängerung unter mildem N-Mangel verändern. Das finale Ziel dieses 6-jährigen Projekts ist es, die hormonelle Regulation der Wurzelverlängerung unter N-Mangel aufzuklären und diese Kenntnis zu nutzen, um in Gerstenwurzeln die Wurzelentwicklung unter N-Mangel und damit die N-Aufnahmeeffizienz zu verbessern. Ziele der ersten 3 Jahre sind: i) in Arabidopsis die Rolle der YUC8-abhängigen Auxinbiosynthese und ihre Beziehung zu Brassinosteroiden in der Wurzelverlängerung unter leichtem N-Mangel aufzuklären und ii) in einem translationalen Ansatz in Gerste den Beitrag der allelischen Variation von Genen der Brassinosteroid- bzw. Auxinbiosynthese oder Signaltransduktion zur Wurzelstreckung zu untersuchen und zu modulieren. Zunächst werden in Arabidopsis die molekularen Mechanismen hinter den identifizierten allelischen Variationen im YUC8-Gen sowie seine Rolle in der Regulation der Wurzelverlängerung bestimmt. Dabei wird die Wurzelantwort auf milden N-Mangel in yuc-Mutanten und YUC8-komplementierten Linien charakterisiert. Diese und weitere Mutanten- und Reporterlinien werden auch eingesetzt, um die Beziehung zwischen Brassinosteroiden und Auxin in der transkriptionellen Regulation der Wurzelantwort auf milden N-Mangel aufzuklären. In einem translationalen Ansatz wird in Gerste das "schwache" BSK3-Allel durch das "starke" BSK3-Allel aus Arabidopsis ersetzt, da alle bisher untersuchen Gerstenakzessionen nur ein "schwaches" BSK3-Allel tragen. In einem Schritt wird die Cas Endonuklease-vermittelte Deletion des schwachen BSK3-Endogens mit der Komplementation durch das starke Transgen kombiniert. In einem RNA-Sequenzierungsansatz werden N-Mangel-regulierte Gene in Gerstenwurzeln identifiziert, um Kandidatengene auszuwählen, die zur CRISPR-Cas-vermittelten Gendeletion und zur Überexpression mithilfe eines wurzelspezifischen Promoters eingesetzt werden. Alle transgene Linien werden anschliessend hinsichtlich der Veränderung ihrer Wurzelarchitektur unter N-Mangel phänotypisiert.

Induzierte Resistenz durch Jasmonate - ein neues Konzept im biologischen Pflanzenschutz

In diesem Verbundprojekt werden Wirkstrukturen identifziert, die eine pflanzliche Pathogenabwehr induzieren, ohne die bekannten physiologischen Nebenwirkungen der Jasmonsaeure zu besitzen.

Schadlose Beseitigung von Siedlungsabfaellen durch Landbehandlung

In mehreren grossflaechigen Feldversuchen (ca. 1000 qm pro Variante) werden im Rahmen der Fruchtfolge (alle 3 - 4 Jahre) verschiedene Siedlungsabfaelle (Muell- Klaerschlammkompost, Frischmuell, Frischmuell und Klaerschlamm, Klaerschlamm) ausgebracht. Geprueft werden die Auswirkungen auf Boden (Naehr- bzw. Schadstoffe) und Pflanze (Quantitaet und Qualitaet).

Weg des Kohlenstoffs und Regulation des Saeurestoffwechsels bei Sukkulenten (Crassulaceen-Saeurestoffwechsel)

Sukkulenten, die ueber den Crassulaceen-Saeurestoffwechsel (CAM) verfuegen, vermoegen in der Nacht CO2 aus der Atmosphaere zu binden und dieses in Form von Aepfelsaeure zu speichern. Am folgenden Tag wird die Aepfelsaeure decarboxyliert und das dabei entstehende CO2 ueber den Calvin-Zyklus der Photosynthese zugefuehrt. Diese Form des Kohlenstoffgewinns ermoeglicht einen besonders sparsamen Wasserhaushalt. Es handelt sich also um eine oekologische Anpassung an wasserarme Standorte. In dem vom hier vorliegenden Bericht abgedeckten Zeitraum wurden besonders folgende Teilaspekte des CAM erforscht: 1. Charakterisierung der PEP-Carboxylase, des Schluesselenzyms des CAM und Untersuchung seiner Regulierbarkeit in vivo und in vitro. 2. Vergleich verschiedener Sukkulententypen und verschiedener Organe bzw. Gewebe einer Pflanze hinsichtlich ihrer Faehigkeit CAM durchzufuehren oder nicht. Erkenntnisziel: Erforschung der Voraussetzungen fuer das Zustandekommen des CAM bei Pflanzen. 3. Untersuchung des Weges des Kohlenstoffs im CAM. Besonders untersucht wurde das Problem, ob in den Plastoglobuli der Chloroplasten gespeicherte Lipide im CAM umgesetzt werden.

Untersuchungen von Luftschadstoffen im Hinblick auf eine Klaerung der Ursachen der neuartigen Waldschaeden unter kontrollierten Bedingungen

Untersucht werden in erster Linie Wirkungen von Ozon allein oder in Kombination mit saurem Nebel unter kontrollierten Bedingungen. Als Arbeitshypothese liegt das Wirkungsschema der LIS zur Entstehung der neuartigen Waldschaeden zugrunde (siehe LIS-Bericht Nr. 28). Zur experimentellen Untersuchung der O3-Wirkung werden Waldbaeume in Plexiglaskammern mit gefilterter Luft unter Zusatz von Ozon begast und die verschiedenen physiologischen Parameter verfolgt. Dabei konnte festgestellt werden, dass unter O3-Einfluss a) die Photosyntheserate reduziert wird, b) die Atmungsrate ansteigt, c) der Chlorophyllgehalt abnimmt. Es laesst sich eine vorlaeufige Rangfolge der Sensitivitaet wie folgt aufstellen 1) Buchen 2) Ahorn 3) Fichte 4) Tanne. Zur Wirkung der kombinierten Behandlung von Fichten mit Ozon und saurem Nebel werden vor allem die aus den Baeumen ausgewaschenen Naehrstoffe analysiert. In Abhaengigkeit von der Ozonkonzentration werden Ca++, Mg++, K+, Mn+, NO3- und SO4-- verstaerkt ausgewaschen, Cl- dagegen nicht. Mit sinkendem pH-Wert in der Nebelloesung nimmt die Menge ausgewaschener Ionen ebenfalls zu.

Wirkung von polychlorierten Bipheylon auf pflanzliche Membranen

Die polychlorierten Biphenyle werden in der Natur nicht abgebaut. Wegen ihrer Lipidloeslichkeit stellen sie eine Gefahr nicht nur fuer tierische und menschliche Gewebe dar, sondern beeinflussen auch pflanzliche Zellen. Die bisher beobachtete Anreicherung in Algen soll durch Untersuchung der Veraenderung von Membraneigenschaften analysiert werden.

Biogeochemical modelling of biosphere-atmosphere-hydrosphere interactions

This project aims at the improvement and testing of a modeling tool which will allow the simulation of impacts of on-going and projected changes in land use/ management on the dynamic exchange of C and N components between diversifying rice cropping systems and the atmosphere and hydrosphere. Model development is based on the modeling framework MOBILE-DNDC. Improvements of the soil biogeochemical submodule will be based on ICON data as well as on results from published studies. To improve simulation of rice growth the model ORYZA will be integrated and tested with own measurements of crop biomass development and transpiration. Model development will be continuously accompanied by uncertainty assessment of parameters. Due to the importance of soil hydrology and lateral transport of water and nutrients for exchange processes we will couple MOBILE-DNDC with the regional hydrological model CMF (SP7). The new framework will be used at field scale to demonstrate proof of concept and to study the importance of lateral transport for expectable small-scale spatial variability of crop production, soil C/N stocks and GHG fluxes. Further application of the coupled model, including scenarios of land use/ land management and climate at a wider regional scale, are scheduled for Phase II of ICON.

Kupferaufnahme und seine Wirkung auf den pflanzlichen Stoffwechsel

Es wird die Cu-Aufnahme durch Zellsuspensions-Kulturen untersucht im Hinblick auf eine kinetische Auswertung. Ferner wird der Saeurehaushalt sowie der Ca-Haushalt der Gerstenwurzeln untersucht unter dem Einfluss steigender Kupfermenge. Gleichzeitig wird die Hypothese der ATPase-Beteiligung an der Cu-Aufnahme geprueft bei der Gerste und bei Schwermetall-resistenten Pflanzen.

Vorhersage und Feinabstimmung der saisonalen Reaktionen von Äpfeln und Pfirsichen zur Verbesserung der Erträge von Obstgärten und der Widerstandsfähigkeit gegen den Klimawandel

Saisonale Muster des Wachstums und der Blüte sind entscheidend für eine erfolgreiche Obstproduktion und den Ertrag. Während des Herbstes und zu Beginn des Winters ruhen Knospen und Spitzen der Obstbäume als Reaktion auf niedrige Temperaturen und kurze Tage. Diese Ruhephase wird durch längere Kälteeinwirkung überwunden, so dass das Wachstum im Frühjahr wieder aufgenommen werden kann. Umwelteinflüsse wie die Winter- und Frühlingstemperaturen, die diese Zyklen steuern, werden durch den Klimawandel verändert, der Ertrag wird bedroht. Neue Baumsorten zu züchten, wird aber durch unser mangelndes Wissen über die molekularen und genetischen Mechanismen, die diesen wirtschaftlich wichtigen Umweltreaktionen zugrunde liegen, behindert. Das FruitFlow-Projekt bringt ein internationales Konsortium von 5 akademischen und 3 kommerziellen Partnern zusammen, um diese Fragen für 2 wichtige mehrjährige Nutzpflanzen anzugehen: Apfel und Pfirsich. Wir werden neue Technologien zur Vorhersage und Verbesserung der Blumen- und Obstproduktion entwickeln. Planung: 1.Sammlung von Daten über das saisonale Verhalten verschiedener Panels von Äpfeln und Pfirsichen. Die klimatischen Bedingungen an den Anbaustätten werden täglich erfasst. Regelmäßige Aufnahme von Luftbildern mit unbemannten Luftfahrzeugen und Messungen mit Nah-Infrarot-Spektroskopie an Blättern und Knospen. Vorhersage des Verhaltens der Sorten in verschiedenen Umgebungen durch Verwendung computergestützter Modellierungsansätze. 2.Identifikation der genetischen Variation, die die Dormanz bei Apfel- und Pfirsichsorten beeinflusst. 3.Analyse des chemischen Gehalts der Apfel- und Pfirsichknospen, um kleine Moleküle zu identifizieren, deren Aussehen mit verschiedenen Stadien des Ruhezyklusses korreliert. Anschließend werden Proteine identifiziert, die mit diesen Molekülen interagieren. 4.Test der Funktionen von Proteinen, die als mit kleinen Molekülen oder aus den genetischen Studien interagierend identifiziert wurden, in transgenen Pflanzen. Aufgrund der Schwierigkeit, transgene Apfel- und Pfirsichpflanzen zu erzeugen und ihrer langen Entwicklungszeit werden diese Experimente mit Pflanzenmodellen wie Pappelbäumen und dem mehrjährigen Staudenmodell Arabis alpina durchgeführt. Für diese beiden Arten wurden schnelle Transformationsmethoden entwickelt. Die Funktion von Apfel- und Pfirsichgenen wird bei diesen Modellarten durch Gain-und Loss of Function-Ansätze getestet. 5.Es werden Chemikalien, die sich in verschiedenen Stadien des Dormanz-Prozesses akkumulieren, auf ihre Fähigkeit getestet, den Knospenaufbruch oder die Blüte von Apfel und Pfirsich durch direkte Anwendung zu stimulieren. Somit wird FruitFlow zur Lösung eines wichtigen aktuellen Problems in der europäischen Landwirtschaft beitragen, indem es ein internationales, multidisziplinäres Konsortium zusammenbringt, um grundlegendes Wissen über die Knospenruhe und den Knospenaufbruch bei Obstbäumen zu erarbeiten und seine Bedeutung unter Feldbedingungen zu testen.

Zur Biologie und Oekologie von Salzpflanzen in Brack-, Suess- und Zivilisationsgewaessern

Salzpflanzen koennen auch in Industriewaessern wachsen; koennen sie auch eliminieren? Gezeiten sind ganz wesentlich; Verfahren in hochbelasteten Binnengewaessern angewendet.

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