Gelatinöses Zooplankton (GZP), darunter pelagische Ctenophoren, Nesseltiere und Salpen, gelten als Gewinner des Klimawandels. In mehreren marinen Ökosystemen weltweit hat ihre Zahl in den letzten Jahrzehnten erheblich zugenommen. Diese so genannte "Gelierung" gilt auch für die sich erwärmende Region des Südpolarmeers mit ihrer bekannten Verschiebung von einem krillbasierten zu einem salpenbasierten Ökosystem. Abgesehen von den Salpen werden andere gelatinöse Zooplankter der Antarktis kaum untersucht, da diese schwer erfassbaren Vertreter des pelagischen Lebensraums aufgrund methodischer Beschränkungen mit den traditionellen Netzbeprobungen nicht bzw. kaum nachweisbar sind. Entsprechend wird die Vielfalt des GZPs bislang nicht erhoben, ihre Biodiversität und Abundanz unterschätzt. Wenn man bedenkt, dass das GZP einen großen Teil der pelagischen Biomasse ausmacht und noch zentraler im Kontext der Ozeanerwärmung wird, könnte ihre ökosystemare Bedeutung als Nahrungsressource für höhere tropische Ebene zunehmen. Bis vor kurzem galt GZP allerdings als "trophische Sackgasse". Diese klassische Sichtweise ist darin begründet, dass durch die schnelle Verdauung des wässrigen, weichen Gewebes von GZP, diese - ebenso wie in den Netzfängen - nicht mehr in den Verdauungsorganen von Beutetieren nachweisbar sind. Erste neuere Studien haben jedoch gezeigt, dass viele Taxa routinemäßig GZP im gesamten Weltozean konsumieren. Mit diesem DFG-Antrag wollen wir diesen Paradigmenwechsel für pelagische und demersale Ökosysteme des Südpolarmeers validieren. Zu diesem Zweck werden wir die räumlich-zeitliche Variation in der Nahrungszusammensetzung und das Auftreten von GZP-Räubern für Amphipoden- und Fischarten mit Hilfe eines DNA-Metabarcoding-Ansatzes untersuchen.Anschliessend wollen wir auf der Grundlage der Millionen von DNA-Messwerten, die mit dieser Methode und bioinformatischer Entrauschung gewonnen wurden, eine metaphylogeographische Studie durchführen. Damit wollen wir die genetische Struktur und die Populationskonnektivität der sonst schwer zu beprobenden gallertartigen Zooplanktonarten untersuchen.
Die Ausrottung invasiver Säugetiere ist ein Managementansatz, mit dem die negativen Auswirkungen invasiver Säugetierarten auf Inselökosysteme reduziert werden sollen. Die Veränderungen im Ökosystem und der Einsatz von Antikoagulanzien aus der Luft, die bei der Ausrottung eingesetzt werden, können jedoch unerwartete Auswirkungen haben, wie z. B. kaskadenartige Auswirkungen auf das Ökosystem und die Persistenz von Antikoagulanzien auf allen trophischen Ebenen, die noch nicht genau bekannt sind. Eine für 2023 geplante Ausrottungskampagne auf der Insel Floreana auf den Galapagos-Inseln und die Wiederansiedlung von 13 einheimischen Arten auf dieser Insel bieten die Gelegenheit, die Auswirkungen der Ausrottung von Arten und der Anwendung des Antikoagulans Brodifacoum auf das Ökosystem der Insel zu untersuchen. Mit Hilfe eines BACI-Design-Ansatzes sollen die möglichen negativen Auswirkungen einer subletalen Exposition dieses Giftstoffs auf eine bisher wenig untersuchte Gruppe, die Reptilien, untersucht werden. Lavaeidechsen sind in den Nahrungsnetzen der Galapagos-Inseln gut vernetzt und erfüllen mit der Verbreitung von Samen eine wichtige Funktion für das Ökosystem. Daher werden sie als Indikatorart verwendet, um die möglichen Auswirkungen auf die Reptilienpopulationen und die Auswirkungen auf das Ökosystem nach einer Ausrottung mit Brodifacoum zu untersuchen. Diese Forschung wird Erkenntnisse über die Auswirkungen dieses Giftstoffs auf Reptilienpopulationen und ihre jeweiligen Nahrungsnetze liefern. Die Forschungsarbeiten werden auch wertvolle Daten für die erfolgreiche Wiederansiedlung einiger einheimischer Arten nach der Ausrottung auf der Insel Floreana sowie für Ausrottungspläne und Wiederansiedlungen auf dem gesamten Archipel und weltweit liefern. Dies wird es uns ermöglichen, die Techniken zum Schutz der Inseln und unser Verständnis der Folgen von Ausrottungen für das Verständnis von Inselökosystemen zu verfeinern.
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.