Pathogene kommunizieren während der Infektion mit ihren Wirtspflanzen, um deren Immunantworten zu unterdrücken und den Pflanzenmetabolismus zu ihrem Vorteil zu verändern. Klassisch wird hierbei Effektorproteinen die Hauptfunktion zugeschrieben, aber neue Studien zeigen, dass auch RNAs ausgetauscht werden und wesentlich zur Kommunikation beitragen. Aktuell werden extrazelluläre Vesikel (EVs) als Transportvehikel zwischen Pilz und Pflanze diskutiert. Die genetisch zugänglichen Brandpilze sind ideale Modellsysteme, um die EV-basierte RNA-Kommunikation zu untersuchen. Erste Studien zum mRNA-Transport in EVs werden bereits in dem Modellbrandpilz Ustilago maydis durchgeführt. In diesem Projekt untersuchen wir die RNA Kommunikation des Brassicaceenbrandpilz T. thlaspeos, den wir gerade als genetisch zugängliches Pathogen der Modellpflanze Arabidopsis thaliana etabliert haben. Zunächst werden wir die Fracht der EVs inventarisieren, um anschließend die Bedeutung des reichsübergreifenden RNAi und des EV-vermittelten mRNA-Transporters für die Virulenz funktional zu untersuchen. Im Gegensatz zu U. maydis hat T. thlaspeos das RNAi-System, so dass wir in einem vergleichenden Ansatz den Beitrag von mRNAs und sRNA Translokation zur Infektion bestimmen können. Was ist die Kernfracht von EVs? Sind mRNA und sRNA Effektoren gegen die gleichen pflanzlichen Prozesse gerichtet? Im Rahmen der Forschergruppe 5516, exRNA Kommunikation, wird T. thlaspeos die Brandpilze repräsentieren, da es das Potential hat, sowohl mRNAs als auch sRNAs für die lebensreichübergreifende RNA Kommunikation zu nutzen. Wir wollen insbesondere die RNA-basierten Strategien von T. thlaspeos mit vaskuläre Wurzelpathogene, Mutualisten oder Pathogen in mehrjährigen Interaktionen vergleichen. Durch diese Vergleiche erlangen wir einen detaillierten Überblick über die Rolle der RNA Effektoren in verschiedenen Infektionssystemen. Langfristig soll dann der molekulare Mechanismus der EV-Beladung mit RNAs aufgeklärt werden, um zu verstehen wie die Auswahl zwischen RNAs für Transport und Translation im Pathogen getroffen wird.
Der globale Klimawandel und landwirtschaftliche Bewirtschaftungsmethoden können erheblichen Einfluss auf Mikroorganismen haben. Die Auswirkungen von klimatisch und bewirtschaftungsbedingten Stressfaktoren auf Mikroben wurden jedoch häufig getrennt voneinander untersucht, und es bleibt zu klären, wie sich die Kombination solcher Faktoren auf das boden- und pflanzenassoziierte Mikrobiom und damit auf das Pflanzenwachstum auswirkt. In dem vorgeschlagenen Projekt werde ich zunächst untersuchen, wie sich vorhergehende landwirtschaftliche Bewirtschaftungsmethoden (konventionell vs. ökologisch) und Klimabedingungen (Ist-Zustand vs. prognostiziertes Klima) auf das Mikrobiom und damit auf morphologische und physiologische Merkmale von Weizengenotypen auswirken. Zusätzlich soll untersucht werden, wie sich das Metagenom der Weizen-Rhizosphäre unter aktuellem Wasserstress verändert. Neben der Rhizosphäre werde ich Bakterien und Pilze analysieren, die mit Samen von verschiedenen Weizengenotypen assoziiert sind, und untersuchen, wie historische Umweltbedingungen die Zusammensetzung des Mikrobioms verschiedener Weizengenotypen beeinflussen. Abschließend werde ich untersuchen, ob Veränderungen aufgrund experimenteller Faktoren in Pflanzensamen und ihrem Mikrobiom an die nachfolgende Pflanzengeneration weitergegeben werden und ob sie sich auf Merkmale auswirken, die mit dem Pflanzenwachstum und dem Pflanzenmikrobiom zusammenhängen. Zusammengenommen wird dieses Projekt entscheidend zum Verständnis der Schlüsselmikroben oder -gene beitragen, die die Fähigkeit der Pflanzen beeinflussen, Trockenheit zu widerstehen. Längerfristig könnte dieses Wissen die Entwicklung von Mikrobiom-basierten Strategien zur Steigerung der landwirtschaftlichen Produktivität in einem sich rasch verändernden Klima erleichtern.
Der Klimawandel wird auch in Europa zu Trockenperioden führen, dieerhebliche Ernteeinbußen verursachen. Darüber hinaus ist zuerwarten, dass chemische Wachstumsregulatoren in derPflanzenproduktion in Zukunft nicht mehr angewendet werden könnenaufgrund ihrer Schädlichkeit für Mensch und Umwelt. Für beideProblembereiche soll in diesem Projekt eine Lösung entwickeltwerden in Form einer neuen Züchtungstechnologie, deren Fokus aufden Wurzeln liegt. Durch ein besser entwickeltes Wurzelsystemwerden Pflanzen in die Lage versetzt, die Bodenwasserressourcenbesser zu nutzen und weniger unter Nachbaukrankheit zu leiden. DerTransfer bakterieller Gene auf Nutzpflanzen auf natürlichem Weg wirdzudem zu kompakteren Pflanzen führen, die mit geringerem Einsatz an chemischen Pflanzenschutzmitteln produziert werden können. In diesem Projekt sollen Wildtypstämme von Rhizobium rhizogenes zum Einsatz kommen, die ein sogenanntes "root inducing" (Ri) Plasmid (u.a. mit den rol Genen) tragen. Die T-DNA auf dem Ri Plasmid wird übertragen und ins Pflanzengenom integriert und verursacht die Bildung von "hairy roots". Aus diesen "hairy roots" lassen sich über In-vitro-Kulturtechniken ganze Pflanzen, sog. Ri Pflanzen regenerieren.Die mit der Ri T-DNA übertragenen Gene führen in diesen Pflanzen zu deutlichen Veränderungen in der Morphologie, darunter verstärkte Wurzelbildung, kompakter Habitus und veränderte Blatt- und Blüteneigenschaften. Die Ri-Pflanzen stellen "prebreeding" Material dar, mit dem in der neuen Züchtungsstrategie Kreuzungen durchgeführt werden. Es schließen sich Selektionsschritte und die molekulare Analyse der Aufspaltung der rol Gene an zur Entwicklung von Sorten mit hoher Pflanzenqualität und starkem Wurzelsystem. Die Projektziele sind: 1) Entwicklung einer biotechnologischen Züchtungsstrategie mittels R. rhizogenes; 2) Optimierung der Pflanzenregeneration aus "hairy roots"; 3) Detaillierte phänotypische Charakterisierung der Ri-Pflanzen (unter- und oberirdischeEntwicklung) 4) Kultur von Ri-Pflanzen mit geringerem Einsatz von Wachstumsregulatoren 5) Prüfung der Ri-Pflanzen unter abiotischem und biotischem Stress (Trockenstress und Nachbaukrankheit); 6) Untersuchung der Vererbung der übertragenen Gene; 7) Implementierung der Nutzung von R. rhizogenes in eineZüchtungsstrategie. Diese Ziele sollen an für dieses Projekt ausgewählten Modellpflanzen realisiert werden, die in Europa wirtschaftlich bedeutend sind (Raps, Sonnenblume, Rose, Apfel, Chrysantheme). Die mit dieser Strategie erstellten Pflanzen gelten nicht als gentechnisch verändert (GMO). Deshalb gibt es zahlreiche Anwendungen der Technologie für Züchtung und nachhaltige Pflanzenproduktion. Zudem werden in diesem mulidisziplinären Ansatz grundlegende genetische Erkenntnisse u.a. zurTransformierbarkeit und zu den Effekten der T-DNA-Gene erarbeitet. Am Ende steht eine neue Züchtungstechnologie, die zu einer nachhaltigen Produktion von gartenbaulichen und landwirtschaftlichen Kulturen führt.
Die Asiatische Hornisse (Vespa velutina) wurde 2004 erstmalig nach Frankreich eingeschleppt und breitet sich seitdem in Europa und zunehmend auch in Deutschland als invasive Art aus. Wie alle Hornissen ernährt sie sich räuberisch von anderen Insekten, darunter auch Bestäuber, und schadet dadurch der heimischen Biodiversität. Insbesondere in ihrer Rolle als Schädling der Honigbiene (Apis mellifera) ist sie sowohl aus ökologischen als auch aus ökonomischen Ge-sichtspunkten problematisch. V. velutina fängt nicht nur sammelnde Honigbienen aus der Luft, sondern dringt auch in Bienenvölker ein und richtet dort erhebliche Schäden an, die zum Zusammenbruch der Völker führen können. Im Rahmen des Projekts sollen daher effektive Maß-nahmen zur Regulierung von V. velutina entwickelt werden, um die Schäden für Landwirtschaft und Ökosystem auf ein tolerierbares Maß zu begrenzen. In diesem bundeslandübergreifenden Forschungsvorhaben sollen Erfahrungen zur Bekämpfung von V. velutina aus anderen europäischen Ländern auf ihre Anwendbarkeit in Deutschland geprüft und um regional spezifische Erkenntnisse ergänzt werden. Neben baulichen Maßnahmen zum Schutz von Bienenvölkern sollen auch Strategien zum frühzeitigen Aufspüren von Nestern getestet und optimiert werden. Zudem sollen Verfahren zur Haltung von V. velutina in Flugzelten etabliert werden, um so kontrollierte Verhaltensversuche z.B. zum Test von Ködersubstanzen durchführen zu können. Auch saisonale und regionale Einflüsse auf das Nahrungsspektrum von V. velutina sollen untersucht werden. Um das Schadenspotenzial für Honigbienen einschätzen zu können, sollen Schadschwellen identifiziert und eine Statuserhebung zur vorschädigenden Pathogenbelastung bei Bienenvölkern durchgeführt werden. Die Projektergebnisse sollen genutzt werden um Handlungsempfehlungen für Imkerei, Landwirtschaft und Politik abzuleiten und darüber hinaus eine Grundlage für die Entscheidung über die Notwendigkeit zusätzlicher gesetzlicher Maßnahmen schaffen.
Die Asiatische Hornisse (Vespa velutina) wurde 2004 erstmalig nach Frankreich eingeschleppt und breitet sich seitdem in Europa und zunehmend auch in Deutschland als invasive Art aus. Wie alle Hornissen ernährt sie sich räuberisch von anderen Insekten, darunter auch Bestäuber, und schadet dadurch der heimischen Biodiversität. Insbesondere in ihrer Rolle als Schädling der Honigbiene (Apis mellifera) ist sie sowohl aus ökologischen als auch aus ökonomischen Ge-sichtspunkten problematisch. V. velutina fängt nicht nur sammelnde Honigbienen aus der Luft, sondern dringt auch in Bienenvölker ein und richtet dort erhebliche Schäden an, die zum Zusammenbruch der Völker führen können. Im Rahmen des Projekts sollen daher effektive Maß-nahmen zur Regulierung von V. velutina entwickelt werden, um die Schäden für Landwirtschaft und Ökosystem auf ein tolerierbares Maß zu begrenzen. In diesem bundeslandübergreifenden Forschungsvorhaben sollen Erfahrungen zur Bekämpfung von V. velutina aus anderen europäischen Ländern auf ihre Anwendbarkeit in Deutschland geprüft und um regional spezifische Erkenntnisse ergänzt werden. Neben baulichen Maßnahmen zum Schutz von Bienenvölkern sollen auch Strategien zum frühzeitigen Aufspüren von Nestern getestet und optimiert werden. Zudem sollen Verfahren zur Haltung von V. velutina in Flugzelten etabliert werden, um so kontrollierte Verhaltensversuche z.B. zum Test von Ködersubstanzen durchführen zu können. Auch saisonale und regionale Einflüsse auf das Nahrungsspektrum von V. velutina sollen untersucht werden. Um das Schadenspotenzial für Honigbienen einschätzen zu können, sollen Schadschwellen identifiziert und eine Statuserhebung zur vorschädigenden Pathogenbelastung bei Bienenvölkern durchgeführt werden. Die Projektergebnisse sollen genutzt werden um Handlungsempfehlungen für Imkerei, Landwirtschaft und Politik abzuleiten und darüber hinaus eine Grundlage für die Entscheidung über die Notwendigkeit zusätzlicher gesetzlicher Maßnahmen schaffen.