Diversität ist eine wichtige Voraussetzung für Adaptation an Umweltveränderungen. Biodiversität auf allen Ebenen (Allele, Arten, Interaktionen) ist wichtig für die Funktion und Stabilität von Ökosystemen, weil Diversität auch Redundanz bedeutet und damit die Möglichkeit ausgestorbene Arten/Genotypen auszutauschen. Individuelle Merkmalsausprägungen und phänotypische Plastizität können ebenfalls zur Stabilisierung von Ökosystemen beitragen, weil sie Populationsgrößenschwankungen abpuffern und so lokale Aussterbeereignisse verhindern. In jüngere Zeit nimmt die Biodiversität dramatisch ab, während massive Störungen von Ökosystemen immer häufiger und immer heftiger auftreten. Uns interessiert daher, wie individuelle Merkmalsausprägungen und phänotypische Plastizität sich auf die genetische Diversität einer Population und auf eine Räuber-Beute Interaktion auswirken und welche potentiellen Auswirkungen das auf die Stabilität des Ökosystems hat. Zwei Hypothesen werden betrachtet:(I) Phänotypische Plastizität (trait variation) kann die Biodiversität erhöhen, da sie eine bessere Nischenausnutzung erlaubt.(II) Phänotypische Plastizität (trait variation) kann die Biodiversität verringern, da sie den plastischen Organismen ermöglicht verschiedene Nischen zu besetzen anstatt zur Spezialisierung verschiedener Genotypen zu führen. Zusätzlich werden wir testen welchen Einfluss abiotische Stressoren auf diese Interaktionen haben. Wir verwenden in unschweren Versuchen das Räuber-Beute Modellsystem Daphnia pulex und Chaoborus Larven in einem zweiteiligen Versuchsansatz: 1) Wir werden Mesocosmen Experimente durchführen, bei denen wir den Einfluss diverser Stressoren (Predation, erhöhte Temperaturen, erhöhte CO2 Werte) auf die genetische Diversität einer Daphnia Population testen. Die Daphnia Population wird aus 10 verschiedenen Klonen bestehen, die unterschiedlich plastisch auf Räuberkairomon reagieren. Die Populationen werden einem biotischen Stressor (Invertebraten-Räuber) und zwei abiotischen Stressoren (erhöhte CO2 Werte und erhöhte Temperaturen), die direkt auf anthropogene Einflüsse zurück gehen, ausgesetzt. Wir werden die klonale Diversität der Beuteart und die Performance der Räuber untersuchen.2) Im zweiten Versuchsteil werden wir mit Modellierungen Feedback loops über Beutediversität und Phänotyp/Genotyp Interaktion und Überlebenskapazitäten unter verschiedenen Umweltbedingungen untersuchen. Mit diesem integrativen Versuchsansatz werden wir ein tiefergehendes Verständnis der Effekte von individueller Merkmalsausprägung und phänotypischer Plastizität auf die klonale Diversität von Populationen erzielen. Die Ergebnisse werden uns helfen besser einzuschätzen, wie diese Merkmale die Ökosystemfunktion und -stabilität beeinflussen.
Wirbeltiere sind mit einer großen Zahl von Mikroorganismen assoziiert. Diese mikrobiellen Gemeinschaften tragen um Größenordnungen mehr Gene als ihre Wirte und erfüllen Funktionen, die im Genom des Wirts nicht kodiert sind. Der Magen-Darmtrakt zeichnet sich durch ein sehr diverses Mikrobiom aus. Beim Menschen wird eine verminderte mikrobielle Vielfalt im Darm mit vielen Krankheiten in Verbindung gebracht, darunter Autoimmunerkrankungen, Diabetes und Fettleibigkeit. Über die Beziehung zwischen Darmmikroben und Gesundheit in wild lebenden Wirbeltierpopulationen ist jedoch nur wenig bekannt, da dort eine höhere genetische Variation und eine ausgeprägte Umweltheterogenität die Auswirkungen des Darmmikrobioms auf den Wirt modulieren oder sogar überlagern können. Diese große Lücke in unserem Wissen über die Wechselwirkungen zwischen Wirt und Mikrobiom behindert unser Verständnis von Widerstandsfähigkeit und Anpassung von wild lebenden Tieren an den Klimawandel. In diesem Projekt untersuchen wir die antarktischen Pelzrobben und wollen verstehen wie sich Veränderungen im Darmmikrobiom der Tiere auf die Fitness von unterschiedlichen Wildpopulation auswirken. Als Steuergröße wird das verringerte Nahrungsangebot für einige Wildpopulationen genutzt, dass sich durch den Klimawandel in manchen Regionen der Antarktis ergeben hat. Entsprechend untersuchen wir zwei interagierende Umweltstressoren - Nahrungsbeschränkung und soziale Dichte. Das Projekt konzentriert sich auf das kritische Entwicklungszeitfenster zwischen der Geburt und der Ernährungsunabhängigkeit und wird die Auswirkungen wichtiger intrinsischer und extrinsischer Faktoren auf das Darmmikrobiom und sein Zusammenspiel mit mehreren fitnessrelevanten Phänotypen wie Wachstum, Überleben, Stresshormonspiegel, Immunfunktion und Genexpression aufklären. Darüber hinaus wird ein kürzlich entwickelter Einzelnukleotid-Polymorphismus-Array eine robuste Bewertung der modulierenden Auswirkungen des Wirtsgenotyps ermöglichen, einschließlich der vererbbaren genetischen Variation und der genetischen Qualität, ausgedrückt als Inzucht und immunogenetische Vielfalt. Wir stellen die Hypothese auf, dass eine geringere Nahrungsverfügbarkeit die mikrobielle Vielfalt im Darm verringert und die Prävalenz mukolytischer und proinflammatorischer Taxa erhöht, was sich negativ auf die Fitness des Wirts auswirkt. Diese Auswirkungen könnten bei Individuen mit schlechter genetischer Qualität besonders ausgeprägt sein, da diese weniger effektiv in der Lage sind, schädliche Mikroben zu bekämpfen, und dies auch unter stressigen Bedingungen mit hoher Dichte. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch die Kombination von phänotypische Parametern der Individuen mit mikrobiellen Daten, erstmals mechanistische Einblicke in die Wirts-Mikroben-Interaktionen einer Wildtierart möglich werden, was Vorhersagen über langfristige Populationstrends und das Management des empfindlichen Ökosystems des Südlichen Ozeans ermöglicht.
Die Erforschung von Artbildungs- und Anpassungsprozessen ist zentral, um zu verstehen, wie Biodiversität entsteht und auf wechselnde Umweltbedingungen reagiert.. Ein idealer Ort für solche Studien ist das Südpolarmeer: Es beherbergt eine reiche und hochgradig endemische Fauna. Neuere Studien zeigen, dass viele benthische Arten aus Gruppen von genetisch distinkten Kladen bestehen, die als früher übersehene Arten pleistozänen Ursprungs interpretiert werden. Diese kryptischen Arten können durch molekulare Methoden (z. B. DNA-Barcoding) und z.T. auch durch morphologische Analysen unterschieden werden. Es wird angenommen, dass die Artbildung per Zufall erfolgte, als ehemals große Populationen während glazialer Maxima in kleinen allopatrischen Refugien isoliert wurden, wo sie starker genetischer Drift ausgesetzt waren. Alternative Artbildungsmodelle wurden bislang wegen fehlender molekularer Methoden kaum erforscht. Studien aus anderen Ökosystemen zeigen, dass ökologische Artbildung, d.h. Aufspaltungsereignisse durch unterschiedliche Selektion, ein naheliegendes alternatives Artbildungsmodell ist. In dem hier vorgestellten Projekt sollen erstmals hochauflösende genomische Methoden zusammen mit morphologischen Analysen benutzt werden, um konkurrierende Artbildungsmodelle für das Südpolarmeer zu testen. Als Fallstudie sollen hierfür Muster genetischer Drift und Selektion in einer besonders erfolgreichen Gruppe benthischer Arten des Südpolarmeeres untersucht werden, den Asselspinnen (Pycnogonida). Aufbauend auf vorangehenden Studien sollen genomische Muster neutraler und nicht neutraler Marker bei zwei Artkomplexen untersucht werden: Colossendeis megalonyx und Pallenopsis patagonica. Diese beiden Artkomplexe von Asselspinnen sind aufgrund mehrerer Merkmale hervorragende Modelle für die Themen dieses Antrages: 1) Es existieren zahlreiche genetisch divergente kryptische Arten, 2) erste morphologische Unterschiede wurden gefunden, 3) die weite Verbreitung der Vertreter sowohl auf dem antarktischen Kontinentalschelf als auch in weniger von den Vereisungen betroffenen subantarktischen Regionen, 4) ihre geringe Mobilität. Sollte eine durch genetische Drift bedingte allopatrische Artbildung in glazialen Refugialpopulationen der Hauptantrieb der Evolution sein, ist zu erwarten, dass Zufallsfixierung neutraler Allele und Signaturen von Populations-Bottlenecks in stark vereisten Gebieten am höchsten sind. Wenn andererseits natürliche Selektion der Hauptantrieb der Artbildung war, so sind starke Signaturen von Selektion auf Geno- und Phänotyp zu erwarten. Diese sollte am stärksten bei sympatrischen Arten sein (Kontrastverstärkung). Die Variation entlang von Genomen soll untersucht werden, um das Ausmaß zufälliger bzw. nicht zufälliger Variation einzuschätzen. Das vorgeschlagene Projekt wird ein wichtiger erster Schritt einer systematischen Erforschung der relativen Bedeutung von genetischer Drift und Selektion für die Evolution im Südpolarmeer sein.
Die Epidemiologie des wirtschaftlich in vielen Pflanzenkulturen bedeutenden Tomato Spotted Wilt Virus (TSWV) wird entscheidend determiniert durch die individuelle Fähigkeit der Vektoren (hier der Thrips Frankliniella occidentalis) zur Übertragung des Virus (Vektorkompetenz). Vektorkompetenz ist eine variable Größe in Thripspopulationen. Ziel der Studie ist es Faktoren zu ermitteln, die dieser Variablität zu Grunde liegen. Die Studie umfasst drei Abschnitte: (1) Untersuchungen zur Vererbbarkeit der Veranlagung der Vektor-Kompetenz von F. occidentalis für TSWV (Modellpflanze Paprika). Vorgesehen sind individuelle Kreuzungen von kompetenten und nicht kompetenten Weibchen und Männchen, die Ermittlung von Merkmalsaufspaltungen in der F1 und F2 sowie Rückkreuzungen. Bestimmt wird die Vektorkompetenz im individuellen Biotest (Ausprägung Phänotyp), zudem sollen Mikrosatelliten und/oder AFLP Marker zur genotypischen Charakterisierung eingesetzt werden. (2) Im zweiten Teil steht die Variabilität des Merkmals in Abhängigkeit von der Populationsstruktur im Vordergrund. Verglichen wird das Verhältnis von kompetenten und nicht kompetenten Individuen über die Zeit (Generationen) in isolierten Populationen unterschiedlicher Größe und bei künstlicher Fragmentierung (Gendrift; Flaschenhals-Effekte). (3) Im dritten Teil werden Faktoren analysiert, die zusätzlich die Verteilung (Rate) kompetenter Individuen in Populationen beeinflussen können, wiederum an prä-determinierten Individuen: Selektive Partnerwahl, Wirtspflanzenwahl, Intensität (Dauer, Frequenz) der Nahrungsaufnahme, Mobilität, Lebensdauer, Reproduktionsrate.
During evolution plants have coordinated the seasonal timing of flowering and reproduction with the prevailing environmental conditions. With the onset of flowering plants undergo the transition from vegetative growth to reproductive development. In agriculture, flowering is a prerequisite for crop production whenever seeds or fruits are harvested. In contrast, avoidance of flowering is necessary for harvesting vegetative parts of a plant. Late flowering also severely hampers breeding success due to long generation times. Thus, FTi (flowering time) regulation is of utmost importance for genetic improvement of crops. There are many new challenges for plant geneticists and breeders in the future (e.g. changing climate, need for higher yields, demand for vegetative biomass for bioenergy production), requiring novel approaches for altering the phenological development of a plant species beyond the currently available genetic variation. Changes in the expression of a single FTi regulator can suffice to drastically alter FTi. Exploiting the molecular fundament of FTi control offers new perspectives for knowledge-based breeding. Pleiotropic effects of FTi gene regulation beyond flowering time, such as yield parameters/hybrid yield were most recently demonstrated. This emerging field of research offers new possibilities for gaining insight into the very foundations of yield potential in crop plants. The Priority Programme aims to develop a functional cross-species network of FTi regulators for modelling developmental and associated (e.g. yield) characters in relation to environmental cues. Plant species with different phenological development will be investigated. Phylogenetic similarities can be used to infer similar functional interactions between FTi regulators in related crop species. Comparative analysis of FTi regulation among and between closely and remotely related species will identify distinct evolutionary paths towards optimisation of FTi in a diverse set of species and the branching points of divergence. Projects in this Priority Programme focus on genomic approaches to gain a comprehensive understanding of FTi regulation also in crops, which thus far have not been a major target of research. Another focus is on non-genetic cues regulating FTi and hormonal constitution and nutrient supply.
Es soll durch Mesokosmosexperimente und ergänzende Laborversuche mit Modellsystemen untersucht werden, welche Auswirkungen die unterschiedliche Zusammensetzung des Mesozooplanktons im Meer (überwiegend Copepoden) und im Süßwasser (überwiegend Cladoceren) auf die Struktur des mikrobiellen Nahrungsnetzes hat und inwieweit sich Prädationseffekte des Zooplanktons über die Protozoen bis zur Bakterienebene fortsetzen. Für diesen Vergleich stehen folgende Fragestellungen im Vordergrund: 1) Welchen Prädationseifluß haben limnische und marine Vertreter von cladoceren- und copepoden-dominiertem Zooplankton auf die verschiedenen funktionellen Gruppen heterotropher und mixotropher Protozoen? 2) Gibt es vom Mesozooplankton ausgehende direkte und indirekte (über die Protozoen) Wirkungen auf die Diversität, phänotypische Ausprägung und die Aktivitätsmuster des Bakterienplanktons? 3) Gibt es Unterschiede in den phänotypischen Anpassungen (z.B. Morphologie, Oberflächeneigenschaften, Exopolymere) planktischer Bakterien an Protozoenfraßdruck im limnischen und marinen Bereich?.
Im Fokus unseres Teilprojektes steht die Untersuchung der Effekte von Merkmalsvariabilität auf die Dynamiken innerhalb von Räuber-Beute-Systemen. Hierfür wird die Merkmalsvariabilität in der Beutegilde durch die phänotypische Plastizität des Beutebakteriums Pseudomoas putida abgebildet, welches in der Lage ist, sowohl Biofilme als auch Plankton zu bilden. Die Merkmalsvariabilität der Räubergilde ergibt sich aus den verschiedenen Nahrungspräferenzen der Räuberorganismen; Paramecium tetraurelia (ein Ciliat) ernährt sich ausschließlich von planktischen Bakterien, während die Amöbe Acanthamoebae castellanii ausschließlich Biofilm konsumiert. Es wurde ein neuartiges Chemostatensystem entwickelt, welches die separate Manipulation der Plankton- und der Biofilmphase erlaubt. Diese System ermöglicht es uns erstmalig, die Verteidigungskosten der Beutephänotypen gegenüber des jeweilig spezialisierten Räubers gezielt zu manipulieren. In der zweiten Förderperiode möchten wir das etablierte System nutzen und folgende vier Hypothesen testen, welche bereits durch erste Modelsimulationen unterstützt wurden:1) Merkmalsvariabilität in der Räubergilde erhöht den Kohlenstofffluss durch das System, weil die Akkumulation von Biomasse im fraßgeschützten Beutephänotyp verhindert wird.2) Phänotypische Plastizität der Beute kann indirekt die Koexistenz der Räuber fördern. Modellsimulationen weisen darauf hin, dass der Biofilmräuber im Ein-Räuber-System ausstirbt, da die Beute in den geschützten Phänotypen wechselt.3) In Weiteren werden wir uns auf die Systemdynamiken fokussieren und die Hypothese testen, dass ausgeglichene Verteidigungskosten innerhalb der Beutegilde zu zyklischen Systemdynamiken führen. Um das zu testen, werden wir die Wachstumsraten von beiden Beutephänotypen manipulieren. Das Planktonwachstum wird mit Antibiotika reduziert und das Biofilmwachstum durch erhöhte Kohlenstoffverfügbarkeit im Substrat erhöht.4) Abschließend erhöhen wir die Komplexität des Systems und fügen einen weiteren Beuteorganismus zu, welcher über eine höhere Biofilm- und eine geringere Planktonwachstumsrate verfügt. Die dadurch entstehende genotypische Variation und phänotypische Plastizität erhöhen die Merkmalsvariabilität in der Beutegilde. Mit diesem System testen wir die Hypothese, dass Merkmalsvariabilität in der Räubergilde die Koexistenz zweier sich konkurrierenden, phänotypisch plastischen Beutearten fördert.Diese Hypothesen werden in enger Vernetzung von Chemostatexperimenten und mathematischer Modellierung getestet. Das Projekt wird in Zusammenarbeit mit der DynaTrait-Gemeinschaft durchgeführt, insbesondere mit Gruppen welche ebenfalls bi-trophische Systeme untersuchen.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 326 |
| Land | 1 |
| Wissenschaft | 1 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 1 |
| Förderprogramm | 322 |
| Text | 4 |
| unbekannt | 1 |
| License | Count |
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| geschlossen | 2 |
| offen | 326 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 310 |
| Englisch | 58 |
| Resource type | Count |
|---|---|
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| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 244 |
| Lebewesen und Lebensräume | 328 |
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| Weitere | 324 |