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Exploiting cereal biodiversity in nutrient use and biological interactions in crop resilience breeding, Teilvorhaben A

Charakterisierung der Interaktionen und ihrer Mechanismen zwischen Bodenmüdigkeit und Boden-Mesofauna

Apple Replant Disease (ARD) gilt weltweit als eine wichtige bodenbürtige Krankheit mit negativen Auswirkungen auf Ertrag und Wachstum in der Apfelproduktion. Sie tritt vor allem dann auf, wenn Apfelbäume (Malus domestica Borkh.) wiederholt am gleichen Standort angepflanzt werden. Die ursächlichen Faktoren sind bis heute nicht vollständig geklärt, Veränderungen in der Mikrobiellen- und Nematoden-Gemeinschaft als Reaktion auf Apfelbäume scheinen aber eine große Rolle zu spielen. Innerhalb des Bodenökosystems kommt es darüber hinaus zu komplexen Wechselwirkungen zwischen Bodeneigenschaften, faunistischen Vektoren und trophischen Kaskaden, einschließlich genotypspezifischer Effekte auf den pflanzlichen Sekundärstoffwechsel. Eigene Ergebnisse zeigen negative Auswirkungen von ARD auf die Biodiversität der Bodenmesofauna sowie eine negative Verhaltensreaktion von Collembola. Ziel des vorliegenden Projektes ist es, die grundsätzlichen Mechanismen der Meidereaktion von Collembolen gegenüber ARD Böden im Detail zu untersuchen. Unsere Hauptinteressen liegen bei der Charakterisierung der Verhaltensmechanismen, der Identifizierung der ARD-bezogenen Signalstoffen, die das Verhalten der Collembolen auslösen und bei der Analyse der Signalinteraktion (multisensorische Orientierung). Höchstwahrscheinlich sind flüchtige organische Verbindungen (VOCs) für die Verhaltensreaktionen verantwortlich, aber auch andere sekundäre Metaboliten, z.B. Fraß- oder Kontaktreize, können derzeit nicht vollständig ausgeschlossen werden. Daher werden ARD verursachende Organismen (d.h. Bakterien, Pilze und Oomyceten), die von der ORDIAmur-Projektgruppe identifiziert wurden, verwendet, um ihre spezifische Wirkung auf das Verhalten von Collembolen im Bio-Tests zu untersuchen, die von No-Choice- bis zu Choice- Situationen unter konstanten Umweltbedingungen reichen. Um die Relevanz der Signale über evolutionäre Zeitskalen zu unterstreichen, wird zusätzlich der Einfluss auf die Fitness der Insekten betrachtet. Basierend auf den Ergebnissen werden spezifische Signalstoffe mittels GC-MS chemisch charakterisiert. Die Relevanz der wichtigsten Verbindungen wird durch Verhaltens-Bioassays bestätigt. Schließlich werden Biotests eingerichtet, um die Interaktion zwischen verschiedenen Stimuli, d.h. olfaktorischen Reizen und Fraßstimulanzien, zu untersuchen, um die Bedeutung des Informationsgehalts im Allgemeinen zu bewerten. Unsere Ergebnisse werden den Einfluss von ARD-verursachenden Mikroorganismen auf die Verhaltensökologie wichtiger Collembola-Arten aufzeigen und zur Identifizierung neuartiger Substanzen beitragen, die für die Entwicklung von Strategien zur Überwindung von ARD und zur auch zur Bekämpfung anderer wichtiger bodenbürtiger Schädlinge mit Repellentien von großem Interesse sein könnten.

Auswirkungen von Trockenheit und erhöhtem CO2 auf die Blattrollkrankheit der Weinrebe: Eine Untersuchung der Interaktionen zwischen Pflanze, Vektor und Virus

In Zeiten des Klimawandels wird die Pflanzengesundheit durch kombinierten Stress durch abiotischen, klimawandelbedingten Faktoren und biotischem Faktoren durch Schädlinge und Krankheitserreger beeinträchtigt. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Auswirkungen abiotischer, klimawandelbedingte Stressfaktoren, wie z. B. erhöhtem atmosphärischen CO2-Gehalt (eCO2) und Trockenstress, auf die Interaktion zwischen Weinreben, Blattrollviren (GLRaV), und virusübertragenden Schmierläusen zu untersuchen. GLRaV, insbesondere GLRaV-3, verändert die CO2-Assimilation, die Wassernutzungseffizienz sowie die primären und sekundären Stoffwechselprodukte der Pflanze, was letzendlich zu Ertragsminderungen, verzögerter Fruchtreife und schlechter Traubenqualität führt. Das Virus wird durch infiziertes Vermehrungsmaterial und phloemsaugende Insekten, wie z. B. Schmierläuse, verbreitet. Es ist bekannt, dass eCO2- und Wasserstress einen erheblichen Einfluss auf die Pflanzenphysiologie und die Schädlingsbekämpfung haben kann. Außerdem weiß man, dass Pflanzenviren biotischen Stress für die Pflanzen verursachen und das Verhalten der Virusvektoren verändern können. Gleichzeitig werden Viren von denselben klimawandelbedingten abiotischen Stressfaktoren beeinflusst, wie die anderen Mitglieder des Ökosystems. Es gibt nur sehr wenige Studien über die Auswirkungen des Klimawandels auf Virusinfektionen auf Weinreben und keine einzige über die Auswirkungen auf Schmierläuse als Virusvektoren. Schlussfolgerungen aus anderen Pathosystemen zu ziehen, gestaltet sich schwierig, da die Auswirkungen von abiotischem, klimawandelbedingtem Stress oft artspezifisch sind. Bisher hat sich die Forschung vor allem mit den Wechselwirkungen einzelner Klimawandelparameter mit Pflanzen, Insekten oder Krankheitserregern befasst. Um die Wechselwirkungen zwischen mehreren Stressoren und die komplexen Beziehungen zwischen Pflanzen, Krankheitserregern und Vektoren zu verstehen, sind breitere Forschungsansätze nötig. Nur so können wirksame Anpassungsstrategien entwickelt werden um Pflanzen in der Zukunft gesund und produktiv zu halten. Im Rahmen des Projekts werden eine Reihe von Experimenten durchgeführt, bei denen Weinreben zwei Klimawandelparametern (Wasserstress + CO2) in Kombination mit biotischem Stress durch eine GLRaV-3-Infektion ausgesetzt werden. Untersucht werden die Mechanismen (Genexpression) und die Auswirkungen auf die Pflanzen (Aminosäuren, Phenole, C/N, Zucker, Chlorophyll) und den Insektenvektor (Fressverhalten, Fitness), zusätzlich zu klassischen Übertragungsexperimenten mit GLRaV. Die Forderung nach multifaktoriellen Stress-Experimenten wird seit Jahrzehnten erhoben. Diese Experimente sind ehrgeizig und komplex, aber sie sind der notwendige nächste Schritt, um Erkenntnisse über die zukünftige Entwicklung der Blattrollkrankheit zu gewinnen.

Evaluierung und Erhaltung genetischer Ressourcen bei Rohstoffpflanzen und Futterpflanzen

Wildformen und alte Sorten werden auf Ertrags- und Qualitaetsmerkmale untersucht und anschliessend vermehrt. Durch Langzeitlagerung bei der Genbank wird das Saatgut als Ausgangsmaterial fuer die Pflanzenzuechtung langfristig zur Verfuegung gestellt.

Entwicklung eines PCR-Assays zur schnellen Identifizierung transgener Rapsgenotypen

Pflanzenzüchtungsforschung-P3: 'Genomik-basierte Nutzbarmachung genetischer Ressourcen im Weizen für die Pflanzenzüchtung (GeneBank3)', Teilprojekt B

Epigenetische Kontrollmechanismen der kälteinduzierten Blühinduktion und Blütenknospenentwicklung in Brassica napus und Arabis alpina, Teilprojekt A

Züchtung von Quinoa für den Anbau in Deutschland, Teilprojekt C

Das Hauptziel des Projektes besteht darin, neue Quinoa-Sorten für den Anbau in Deutschland zu entwickeln, die über die Ertragsleistung aktueller Sorten hinausgehen, und damit Quinoa langfristig als neue Kulturart in einer diversifizierten Landwirtschaft zu etablieren. Dieses Ziel soll erreicht werden, indem die genetischen Grundlagen agronomisch wichtiger Merkmale anhand genomischer Assoziationsstudien (GWAS) und QTL-Kartierung identifiziert und daraus Marker für die Marker-gestützte Züchtung entwickelt werden. Zusätzlich sollen die Voraussetzungen dafür geschaffen werden, um Quinoa den modernen Methoden der Pflanzenzüchtung zugänglich zu machen. Dafür sollen Verfahren zur Produktion von doppelhaploiden (DH) Linien sowie eines cytoplasmatischen Sterilitätssystem (CMS) entwickelt werden, um die Effizienz der Züchtung von Quinoa zu erhöhen. Die Kulturart Quinoa zeichnet sich durch eine hohe Toleranz gegenüber Umweltstress und eine hohe Kornqualität aus. Um diese Eigenschaften in der Züchtung zu kombinieren und zu verbessern, sollen durch innovative Analysemethoden des Korns mit NMR Spektroskopie sowie mehrortige und -jährige Feldversuche robuste Sorten mit einer hohen Produktqualität gezüchtet werden, die anschließend in die Sortenprüfung eingebracht werden können. In der Summe wollen wir am Beispiel der Kulturpflanze Quinoa zeigen, dass durch die Anwendung aktueller Methoden der Genomik, Haploidentechnologie und Phänotypisierung, bisher wenig genutzte Kulturpflanzen in vergleichsweise kurzer Zeit so weit entwickelt werden können, dass sie für einen wirtschaftlichen Anbau interessant werden.

Züchtung von Quinoa für den Anbau in Deutschland

des Projektes besteht darin, neue Quinoa-Sorten für den Anbau in Deutschland zu entwickeln, die über die Ertragsleistung aktueller Sorten hinausgehen, und damit Quinoa langfristig als neue Kulturart in einer diversifizierten Landwirtschaft zu etablieren. Dieses Ziel soll erreicht werden, indem die genetischen Grundlagen agronomisch wichtiger Merkmale anhand genomischer Assoziationsstudien (GWAS) und QTL-Kartierung identifiziert und daraus Marker für die Marker-gestützte Züchtung entwickelt werden. Zusätzlich sollen die Voraussetzungen dafür geschaffen werden, um Quinoa den modernen Methoden der Pflanzenzüchtung zugänglich zu machen. Dafür sollen Verfahren zur Produktion von doppelhaploiden (DH) Linien sowie eines cytoplasmatischen Sterilitätssystem (CMS) entwickelt werden, um die Effizienz der Züchtung von Quinoa zu erhöhen. Die Kulturart Quinoa zeichnet sich durch eine hohe Toleranz gegenüber Umweltstress und eine hohe Kornqualität aus. Um diese Eigenschaften in der Züchtung zu kombinieren und zu verbessern, sollen durch innovative Analysemethoden des Korns mit NMR Spektroskopie sowie mehrortige und -jährige Feldversuche robuste Sorten mit einer hohen Produktqualität gezüchtet werden, die anschließend in die Sortenprüfung eingebracht werden können. In der Summe wollen wir am Beispiel der Kulturpflanze Quinoa zeigen, dass durch die Anwendung aktueller Methoden der Genomik, Haploidentechnologie und Phänotypisierung, bisher wenig genutzte Kulturpflanzen in vergleichsweise kurzer Zeit so weit entwickelt werden können, dass sie für einen wirtschaftlichen Anbau interessant werden.

Schwarzkiefer-Provenienzversuch

Vor dem Hintergrund des Klimawandels ist bei der trockenheitsresistenten Schwarzkiefer eine zunehmende waldbauliche Bedeutung zu erwarten. Durch ihr schnelles Wachstum, insbesondere auf trockenen Standorten, könnte sie dort erfolgreich angebaut werden, wo die Douglasie an ihre Kapazitätsgrenzen stoßen wird. Bisher ist nur wenig über den Anbauwert verschiedener Provenienzen in Deutschland bekannt. Es soll daher eine Versuchsfläche in trockneren Gebieten Ba-Wü s (Rheintal, Kaiserstuhl) angelegt werden, um den Anbauwert von 12 europäischen Provenienzen aus allen Bereichen des Verbreitungsgebietes zu testen. Es wurden bereits Flächen in Bayern angelegt. Bonituren und Auswertungen sind gemeinsam mit dem ASP Teisendorf vorgesehen.

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