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Analyse der MKK1 und MKK2 Stresssignalwege

Umwelt Stressfaktoren beeinträchtigen sowohl das Wachstum als auch den Ertrag von allen Pflanzen. Aus diesen Gründen ist ein Verständnis der Stressanpassung von wesentlicher Bedeutung für die Pflanzenzüchtung. Während der letzten zehn Jahre lag das Augenmerk der Forschung hauptsächlich auf der Identifizierung von Stress-induzierten Genen und in mehreren Fällen konnte durch Überexpession bestimmter Gene auch eine verbesserte Stresstoleranz erzielt werden. Im Gegensatz dazu sind die molekularen Mechanismen, die Expression dieser Stressgene regulieren, noch weitgehend unklar. Wir konnten vor kurzem einen spezifischen MAP Kinase Signalweg in Arabidopsis identifizieren, der die MAP Kinase Kinase MKK2 und die beiden MAP Kinasen MPK4 und MPK6 involviert. Analysen zeigten, dass die Überexpression von MKK2 zu erhöhter Kälte- und Salztoleranz von Arabidopsispflanzen führt. Mittels Transkript, Phosphoprotein und Metabolit Profiling Techniken soll innnerhalb des vorliegenden Projekts der Mechanismus und die molekularen Targets dieses Signalwegs identifiziert und auf ihre biologische Bedeutung hin untersucht werden.

Wirts- und Vektormanipulation nach Mehrfachinfektion von durch Blattläuse übertragenen Viren in Zuckerrüben (Beta vulgaris)

In Zuckerrüben (Beta vulgaris subsp. vulgaris) wird die viröse Vergilbung durch einen Komplex verschiedener von Blattläusen übertragener Virusarten verursacht, wobei Myzus persicae der wichtigste Vektor ist. In Europa sind das Beet yellows virus (BYV), das beet mild yellowing virus (BMYV), das beet chlorosis virus (BChV) und das beet mosaic virus (BtMV) die Hauptverursacher und beeinträchtigen nachweislich den Zuckerrübenanbau nicht nur bei Einzel-, sondern auch bei Co- und Multiinfektion. Es ist bekannt, dass koinfizierende Viren bei vielen Pflanzenarten die Replikation, die Gewebeausbreitung, die Vektorübertragungsrate und andere Fitnesskomponenten von mindestens einem der beteiligten Viren verbessern und virale Eigenschaften wie Wirtsspektrum, Zelltropismus und Vektorpräferenz beeinflussen. Darüber hinaus ist die Mehrfachinfektion von eng verwandten Viren der Ausgangspunkt für die RNA-Rekombination, die zur Bildung neuer, oft virulenterer Stämme oder Virusarten führt. Da eine natürliche Multivirus-Resistenz im Beta-Genpool nicht zu erwarten ist und die konventionelle Virusbekämpfung durch Reduzierung der Vektorpopulationen mittels neonikotinoider Insektizidbehandlung verboten wurde, sind alternative Lösungen zur Bekämpfung der Krankheit dringend erforderlich. Vor diesem Hintergrund zielt unser Projekt darauf ab, die viralen Interaktionen während der Wirtskolonisierung sowie die Vektorinteraktionen zu verstehen, die durch Mehrfachinfektionen verändert werden und die Auswirkungen auf Pflanzen verstärken bzw. die Übertragung erhöhen könnten. Auf der Ebene Virus-Pflanze wollen wir mutmaßliche synergistische Interaktionen entschlüsseln, durch Transkriptomanlyse beteiligte Pflanzenproteine identifizieren und Stoffwechselwege charakterisieren, die durch die Viren bei Einzel- im Vergleich zu ausgewählten Ko-/Mehrfach-Infektionen manipuliert werden. Auf der Ebene der Beeinflussung von Vektoren durch die Virusinfektion sollen die Auswirkungen auf das Verhalten von Blattläusen sowie die Präferenzen der Virusübertragung bei Koinfektionen identifiziert und quantifiziert werden. Das Hauptergebnis dieses Projekts ist ein besseres Verständnis der engen Wechselwirkungen zwischen den drei Komponenten des Pathosystems (Pflanze-Virus-Vektor) im Rahmen einer Mehrfachinfektion. Letztendlich könnte dieses Projekt potenziell Ziele für künftige sichere und umweltfreundliche Bekämpfungsmaßnahmen aufzeigen.

Mechanisms of flowering time control by the novel flowering time genes GNC and GNL

This project aims at understanding how flowering is controlled by gibberellin (GA) and cold temperature and how flowering time control is linked to frost tolerance. This is based on our finding that transcription factors of the GNÜLLER family, notably the GAregulated genes GNC and GNL, delay flowering and at the same time confer frost tolerance in Arabidopsis thaliana. We also observed that GNC/GNL expression is activated by FLC in response to intermittent cold temperatures that delay flowering and that GNC/GNL expression confers frost tolerance by activating cold-responsive gene expression. Using molecular and genetic approaches we now want to examine (1) how GNC/GNL integrate GA- and FLCdependent signals to control flowering time, (2) whether expression differences of GNC/GNL can explain differences in flowering and frost tolerance in 5 selected Arabidopsis accessions, and (3) whether and how GNC/GNL control flowering time and frost tolerance in crop species. Understanding how GA signalling, flowering time and frost tolerance are controlled and how these signalling pathways are interconnected may allow to accelerate breeding of frost tolerance, a desirable but difficult-to-assess trait, and flowering time, an easy-to-assess trait, in the context of knowledge-based breeding programs.

Antimikrobielle Cumarine und Proteine zur Funktionalisierung der Blattoberfläche für den Pflanzenschutz

Die Sojabohne ist eine weltweit wichtige Nutzpflanze. Vor allem in Brasilien erkrankt sie ökonomisch merklich am Asiatischen Sojabohnenrost (SBR), der vom Pilz Phakopsora pachyrhizi hervorgerufen wird. Weil keine der verfügbaren Sojasorten gegen alle Isolate des Pilzes resistent ist, erfolgt der Schutz der Sojabohne vor dem SBR derzeit durch den intensiven Einsatz von chemisch-synthetischen Fungiziden. Deren Anwendung ist umstritten und soll mittel- bis langfristig deutlich reduziert werden. Um dies ohne merklichen Ertragsverlust bei der Sojabohne zu erreichen sind neue oder zumindest komplementäre Strategien zur Bekämpfung des SBRs notwendig. Unsere bisherigen Arbeiten im Themenfeld zeigten, dass die effektive Nichtwirt-Resistenz der Sonnenblume und der Ackerschmalwand gegen SBR teilweise auf der Anreicherung von antimikrobiellen Proteinen und des Cumarins Scololetin beruht. Tatsächlich hemmt Scopoletin die Keimung von P. pachyrhizi-Sporen effektiv. Es scheint aber in der Sojabohne nicht vorzukommen. Eine Rekonstitution der Scopoletinsynthese in transgenen Sojapflanzen reduzierte die Empfindlichkeit für SBR zwar etwas; eine zu hohe Scopoletinkonzentration aber schädigte die Pflanzen. Wir schlagen nun vor, die Nichtwirt-Resistenz der Sonnenblume gegen SBR auf die Sojabohn zu übertragen und das Scopoletin zunächst mithilfe eines bereits identifizierten Transportproteins auf die Blattoberfläche zu transportieren, wo es P. pachyrhizi-Sporen direkt und ohne pflanzenschädigende Nebenwirkungen bekämpfen soll. Gleiches schlagen wir für Isoscopoletin vor, das P. pachyrhizi ebenfalls sehr effektiv bekämpft, im Gegensatz zu anderen Cumarinen aber besonders lichtstabil ist. Außerdem wollen wir die Biosynthese von Sideretin in transgenen Pflanzen nachstellen und seinen Wirkmechanismus aufklären. Als komplementäre und möglicherweise synergistische Strategie beabsichtigen wir, antimikrobielle Blattoberflächen-Proteine, die bei der Nichtwirts-Resistenz der Sonnenblume gegen den SBR eine wichtige Rolle spielen, in transgenen Ansätzen an die Blattoberfläche der Sojabohne zu transportieren, wo sie P. pachyrhizi effektiv bekämpfen sollen. Sojapflanzen, die Cumarine und/oder gegen P. pachyrhizi aktive Proteine auf der Blattoberfläche akkumulieren, sind vielversprechend, um die Sojabohnenproduktion auch bei verringertem Fungizid-Einsatz sicherzustellen.

Beschleunigte Kiefernzüchtung auf Wachstum und Trockentoleranz mit Hilfe genomischer Selektion

Bedeutung der Eigenleistung primärer Triticale in der praktischen Züchtung

Es ist nach wie vor umstritten, inwieweit primäre Triticale generell und speziell ihre Eigenleistung bei der Kreuzung mit sekundären Triticale von Bedeutung ist. Aus primären Triticale unterschiedlicher Eigenleistung wurden faktorielle Kreuzungen mit Sorten erstellt. Diese werden über viele Generationen einmal als in Isolierung angebaute und unselektierte Ramsche weitergeführt. Zum anderen werden aus verschiedenen Generationen durch Selbstung Linien entwickelt. Ein Vergleich der beiden Methoden in mehreren Generationen kann Aufschluss über die Stabilisierung von solchen Kreuzungen, über die Kombinationsfähigkeit primärer Triticale und über die Leistung und genetische Variation in den Nachkommen geben.

Datengetriebene und genom-editierte Züchtung lokal angepasster Weizensorten zur Steigerung der Agrarbiodiversität, der nachhaltigen Klimaresistenz und der Ressourceneffizienz, Teilvorhaben F

Anbauversuche und Selektion auf hohen Wirkstoffgehalt bei Arzneipflanzen

Sammelmaterial von Arzneipflanzen wird auf seine Anbaueignung geprueft. Formen mit hohem Wirkstoffgehalt werden selektiert und zuechterisch bearbeitet.

Phytochelatine, die schwermetallbindenden Peptide der hoeheren Pflanzen

Es wurde eine neue Klasse von Naturstoffen in hoeheren Pflanzen entdeckt, die fuer die Schwermetallentgiftung verantwortlich sind und auch im Oekosystem nach diesen Mechanismen toxische Metalle inaktivieren. Die Substanzen wurden aufgeklaert und als (Gamma-Glu-Cys)n Gly (Phytochelatine) bzw. (Gamma-Glu-Cys)n Beta-ala (homo-Phytochelatine) beschrieben. Dieser Entgiftungsmechanismus wurde in mehr als 300 untersuchten Pflanzenarten gefunden und duerfte somit Allgemeingueltigkeit fuer niedere (Algen) und hoehere Pflanzen haben. Dieser Mechanismus macht es den Pflanzen in schwermetallbelasteten Boeden moeglich, zu ueberleben und duerfte ein wichtiges Zielsystem fuer die Pflanzenzuechtung werden, um zu verhindern, dass toxische Schwermetalle in die pflanzliche Nahrungskette gelangen.

Züchtung von Saflor, Teilprojekt A

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