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.
In diesem Forschungsvorhaben ist beabsichtigt, die Expression der Gene, die für das nitratverwertende System kodieren mit der von Genen die für Enzyme aus dem Kohlenstoffmetabolismus kodieren, zu korrelieren. Es kommt somit darauf an, Signale die jeweils dem einen oder dem anderen Stoffwechselweg zugeordnet werden können, in ihrer Wirkung auf die Expression von Schlüsselgenen aus dem jeweils anderen Stoffwechselweg zu untersuchen. Das Ziel ist es, die Schnittstellen (crosstalk) zwischen diesen, das Leben der Pflanzen essentiell bestimmenden Stoffwechselwegen zu erforschen. Zusätzlich sollen andere Umweltfaktoren wie erhöhter CO2-Gehalt, Hitzestress und Wasserstress in ihrer Wirkung untersucht werden. Dieses Vorhaben kann verifiziert werden, seit das vollständige Genom der Modellpflanze Arabidopsis verfügbar ist, und seitdem die Methode der 'Micro arrays' signifikanten Fortschritt gemacht hat. Beide Voraussetzungen sind im Labor von Prof. N. Crawford gegeben.
Die Bedeutung der mikrobiellen Besiedlung von Wurzeloberfläche und Rhizosphäre für Stoffumsätze in Böden soll im Gewächshaus mit vier Gefäßversuchen erfasst werden. Im ersten Versuch wird die Eignung Ergosterol und Muraminsäure zur Quantifizierung von Pilz- und Bakterienbiomasse auf Wurzeloberflächen mit anderen, insbesondere mikroskopischen Methoden überprüft. Im zweiten Versuch wird der Einfluss der Pflanzenart auf die mikrobielle Besiedlung der Wurzeloberfläche untersucht. Im dritten Versuch wird ermittelt, ob die mikrobielle Biomasse eines Bodens und deren Zusammensetzung, dargestellt durch die Quotienten von Ergosterol (Biomarker für Pilze) bzw. Muraminsäure (Biomarker für Bakterien) und mikrobieller Biomasse, die mikrobielle Besiedlung von Wurzeloberflächen beeinflusst. Im vierten Versuch wird das Verhalten der rhizoplanen Organismen während des Absterbens der Wurzel beobachtet und untersucht, inwieweit es zu Interaktionen mit den Mikroorganismen der Rhizosphäre und des Gesamtbodens kommt. Dazu wird nicht nur die mikrobielle Biomasse quantifiziert, sondern auch der Übergang der Wurzelbiomasse in mikrobielle Residuen als Zwischenspeicher für Nährstoffe speziell beachtet. Es ist davon auszugehen, dass die Interaktionen zwischen Pflanze, mikrobieller Biomasse und mikrobiellen Residuen eine wichtige Funktion für die Immobilisierung und Mobilisierung von Pflanzennährstoffen haben.
This project is aimed at the characterization of the systemic reprogramming in barley, which modulates the compatible interaction with the biotrophic leaf pathogen Blumeria graminis f.sp. hordei upon root infestation with the mutualistic endophyte Piriformospora indica. We have recently shown that the basidiomycete P. indica - upon successful establishment in the roots - reprograms barley to salt stress tolerance, resistance to root diseases and higher yield (Waller et al., 2005). Successful powdery mildew infections in barley leaves are also disturbed by the mutualistic fungus. These processes are associated with a strong change in plant metabolism, especially with a drastic alteration of leaf and root antioxidants. On the basis of these findings we will perform an in-depth analysis of the barley metabolome (B6) and transcriptome (B7) with two specific foci: First, to elucidate the process of establishment of the mutualistic fungus within the barley roots; second, to characterize elements of the systemic response in leaves leading to an interruption or failure of compatibility processes required for successful establishment of biotrophic leaf pathogens like Blumeria. New gene candidates will be pre-selected systematically for their regulatory role in compatibility by means of transiently transformed barley leaves upon Blumeria inoculation. Stable transgenic barley and maize lines (B3) generated with verified gene candidates and genes identified by other projects (A1, A2, B5, B6) will be tested with Blumeria and P. indica. By comparing candidate genes in the different plant - microbe systems, we will identify common regulatory processes, metabolites and metabolic networks implicated in compatibility including those required for successful interactions with mutualistic fungi.
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.
Mykorrhizen sind in der Lage, das Wachstum der Bäume durch erhöhte Aufnahme von Nährstoffen zu verbessern. Im Gegensatz zu Phosphat und Nitrat, ist nur wenig über die Bedeutung der Mykorrhiza für die Aufnahme und den Metabolismus von Schwefel bekannt, obwohl schwefelhaltige Stoffe eine wichtige Rolle bei Rhizobiumwurzel Symbiose spielen, die in vielen Aspekten ähnlich zu Mykorrhizierung ist. Ziel des Projekts ist es, Gene des Schwefelhaushalts von Wurzeln zu identifizieren, die bei der Wechselwirkung Wurzelpilz eine Rolle spielen, und deren Expression und Regulation zu analysieren. Als Modellsystem soll dabei die Pappel und der Pilz Amanita muscaria eingesetzt werden. In diesem Modellsystem soll die Hypothese überprüft werden, dass der Pilz die Sulfatversorgung der Pflanze durch eine erhöhte Aufnahme sowie einen intensiven Austausch mit der Wurzel verbessert und, in Analogie zu Rhizobien, dem Pilz von der Pflanze reduzierter Schwefel in Form von Glutathion zur Verfügung gestellt wird. In der ersten Phase wird der Einfluss der Schwefel- und Stickstoffernährung auf die Expression der Gene des Schwefel-Metabolismus in Pappel und im Pilz untersucht. Weiterhin soll der Einfluss der Modulation des Schwefelhaushalts in Pappeln durch genetische Manipulation auf die Wechselwirkung im Schwefelhaushalt zwischen Wurzel und Pilz analysiert werden.
Das Spurenelement Eisen (Fe) ist an vielen essentiellen Stoffwechselvorgängen in Pflanzen beteiligt. Daher ist eine ausreichende Fe-Konzentration in pflanzlichen Geweben von außerordentlicher Bedeutung. Gramineen, die im Hinblick auf die Sicherung der Welternährung zu den wichtigsten Kulturpflanzen gehören, geben zur Aneignung von Fe Schwermetallchelatoren, sogenannte Phytosiderophore (PS), ab und nehmen Fe(III)-PS-Komplexe auf. Während das Transportprotein des Fe(III)-PS-Komplexes in Mais, eine der Modellpflanze der Gramineen, bereits molekular charakterisiert wurde, sind die Komponenten, die an der Abgabe der PS beteiligt sind, noch nicht isoliert worden. Ziel dieses Projektes ist es daher, das YS3-Gen, welches direkt oder indirekt an der Abgabe von PS in Mais beteiligt ist, zu klonieren und charakterisieren. Hierzu soll ein kartengestützter Klonierungsansatz verwendet werden. Parallel dazu soll ein direktes Transposon-tagging mit Mutator- (Mu) und Activator/Dissociator- (Ac/Ds) Transposons durchgeführt werden. Mit den in diesen Experimenten unabhängig generierten ys3-Allelen, soll schließlich der Nachweis geführt werden, dass das richtige Gen kloniert wurde. Zum Abschluss der ersten Förderperiode soll eine erste funktionelle Charakterisierung des YS3 Gens durchgeführt werden.
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.
Hypothesen: Der steigende CO2-Partialdruck in der Erdatmosphaere veraendert die Expression von Genen und damit den Stoffwechsel der Pflanzen. Folgen sind veraenderter Naehrstoffbedarf und veraenderte Zusammensetzung auch der landwirtschaftlichen Produkte. Ergebnisse: Der Phosphatbedarf der Pflanzen steigt in Hoch CO2. - Der Stickstoffbedarf faellt in Hoch-CO2 (Wachstum) - Das C/N Verhaeltnis in Pflanzen ist erhoeht in Hoch-CO2; sehr hohe Stickstoffgaben wirken diesem Effekt entgegen. - Modifizierungen im Phosphat- und Stickstoffwechsel erfolgen in den Blaettern. - Die Expression mancher photosynthetischer Gene wird von Hoch CO2 beeinflusst. - Aufklaerung des Stoffwechsels in Sink-Geweben der Pflanze (insbesondere Speicherorgane) - Untersuchungen zu CO2-Effekten auf die Rhizosphaere und Mineralstoffaufnahme (einschl. Schwermetalle).
Den sichtbaren Schaeden oder Ertrags- und Qualitaetsveraenderungen bei Pflanzen unter dem Einfluss von Luftverunreinigungen gehen Stoerungen im Stoffwechselgeschehen voraus. Das o.g. Vorhaben befasst sich mit der Untersuchung einer Reihe von physiologischen u. biochemischen Kriterien an Kulturpflanzen, die freilandrelevanten Konzentrationen der Schadgase Schwefeldioxid, Stickstoffdioxid und Ozon, einzeln und in Kombination, ausgesetzt sind. Ziel der Untersuchungen ist es, Aussagen sowohl ueber die Wirkmechanismen der einzelnen Schadstoffe zu gewinnen, als auch eine fruehzeitige Indikation nicht sichtbarer, latenter Schaedigungen zu ermoeglichen.
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