Eine mögliche Schädigung von Pflanzen durch hochfrequente elektromagnetische Felder(HF-EMF) wird häufig postuliert, allerdings fehlen kontrollierte wissenschaftlicheNachweise. Experimentelle, wissenschaftlich belastbare Laborstudien zu Wirkungen vonHF-EMF auf Pflanzen stammen fast ausschließlich von der Arbeitsgruppe Prof. Alain Vianaus Frankreich (Université d’Angers), von denen mehrere im vorliegendenForschungsvorhaben verifiziert und analysiert werden sollten. Im Speziellen hatte dieArbeitsgruppe Vian bei der Exposition von Tomaten eine erhöhte Expression bestimmterBotenstoffe, sowie Veränderungen im Energiemetabolismus und in der Genexpressionvon PROTEINASE INHIBITOR II (PI) und BASIC LEUCINE ZIPPER1 (bZIP) gefunden,die als Stressreaktion gewertet werden können. Im Speziellen erschienen dieseReaktionen durch das Phytohormon Abszisinsäure (ABA) und durch Kalzium vermittelt zusein. Die Reaktionen sind zudem systemisch, was bedeutet, dass die gesamte Pflanzereagiert, auch wenn zum Beispiel nur ein Blatt exponiert wurde. Um längerfristigeWirkungen zu beobachten hat dieselbe Arbeitsgruppe Rosen untersucht. Bereitsbestehende Triebe wurden durch HF-EMF nicht beeinflusst. Eine Exposition von sichentwickelnden Knospen führte allerdings zu einer Wachstumsreduktion.
Einfluss hochfrequenter elektromagnetischer Felder auf Pflanzengesundheit und Wachstum Der Einfluss von hochfrequenten elektromagnetischen Feldern auf Pflanzen (Tomaten, Rosen) wurde unter Laborbedingungen in einer sogenannten Modenverwirbelungskammer untersucht. Getestet wurden biochemische Veränderungen, Stressreaktionen, Genexpression und Wachstum. Bei Tomaten wurde nach einer schwachen und kurzfristigen Einwirkung ein Einfluss hochfrequenter elektromagnetischer Felder auf die Genexpression beobachtet. Das Wachstum von Rosen war nicht durch hochfrequente elektromagnetische Felder unterhalb der Grenzwerte beeinflusst. Projektleitung: Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz, Rheinische Friedrich–Wilhelms–Universität Bonn Beginn: 01.10.2023 Ende: 30.09.2025 Finanzierung: 503.452 Euro Hintergrund Einige Menschen äußern die Besorgnis, dass die hochfrequenten elektromagnetischen Felder des Mobilfunks Pflanzen schädigen könnten. Einen wissenschaftlichen Beleg für einen derartigen Zusammenhang gibt es nicht. Der Vorschlag für das Forschungsvorhaben ergab sich aus den Ergebnissen des internationalen BfS-Workshops zu Umwelteffekten elektromagnetischer Felder , der im Jahr 2019 in München stattfand. Dort zeigte sich unter anderem, dass der Kenntnisstand zu den Wirkungen von hochfrequenten Feldern auf Pflanzen unzureichend ist. Laborstudien der französischen Universität Angers zeigten folgendes Ergebnis: Wurden Pflanzen hochfrequenten elektromagnetischen Feldern ausgesetzt ( Exposition ), dann kam es zu einem Anstieg bestimmter Botenstoffe, veränderte sich der Energiestoffwechsel und ebenso die Genexpression (Umsetzung der genetischen Information). Diese Vorgänge werden als Stressreaktionen gewertet. Um diesen Hinweisen nachzugehen, wurde eine Replikationsstudie durchgeführt. Zielsetzung Der Einfluss von hochfrequenten elektromagnetischen Feldern auf Pflanzen wurde unter Laborbedingungen in einer Modenverwirbelungskammer untersucht. Dabei handelte es sich um einen durch metallische Wände geschirmten Raum. In diesem werden im Bereich der Prüflinge (hier: Pflanzen) elektromagnetische Felder erzeugt ( sog. Prüfvolumen). Die elektrische Feldstärke ist in dem Prüfvolumen räumlich möglichst gleichmäßig. Im zeitlichen Mittel zeigt das elektrische Feld in keine bevorzugte Richtung. Seine Richtung ändert sich also ständig. Diese Feldeigenschaften werden erreicht, indem das von einer Antenne erzeugte Feld durch bewegliche metallische Flächen ( sog. „Modenrührer“ oder – wie in dieser Studie – bewegliche Kammerwände) ständig verändert wird. So entsteht ein reproduzierbares Feld , das reale Expositionsszenarien repräsentiert. Dadurch werden der Vergleich verschiedener Studien, die Modenverwirbelungskammern einsetzen, sowie die gleichzeitige Exposition mehrerer Prüflinge (Pflanzen) ermöglicht. In dem Forschungsvorhaben wurden Tomaten und Rosen definierten hochfrequenten Feldern unterhalb des Grenzwerts für Mobilfunksendeanlagen ausgesetzt. Getestet wurden biochemische Veränderungen, Stressreaktionen, Genexpression und Wachstum. Schematische Darstellung einer Modenverwirbelungskammer Durchführung Die gleichzeitige Exposition mehrerer Pflanzen erfolgte in einer Modenverwirbelungskammer. Dort wurden elektromagnetische Felder mit einer Frequenz von 900 Megahertz ( MHz ) und elektrischen Feldstärken von 0 Volt pro Meter (V/ m ) (Kontrolle – Scheinexposition), 5 V/ m und 40 V/ m erzeugt. Die Exposition dauerte jeweils 15 Minuten (Tomaten) oder dreimal 30 Minuten (Rosen) und erfolgte verblindet. Während der Experimente war also nicht bekannt, ob die Pflanzen den Feldern ausgesetzt wurden oder nicht. Proben von exponierten und scheinexponierten Tomaten wurden 0, 15, 30 und 60 Minuten nach Ende der Exposition entnommen. Ebenso wurde eine Positivkontrolle durchgeführt, um die Zuverlässigkeit der Messmethode zu prüfen. Bei den Positivkontrollen wurden die Pflanzen gezielt zur Auslösung einer Stressreaktion verletzt, indem ein Blatt angeschnitten oder gequetscht wird. Steigt dadurch die Genexpression wie erwartet an, wird damit die Nachweisbarkeit einer Wirkung bestätigt. Über den Nachweis der Genexpression lässt sich somit zuverlässig auf die Wirkung bei der Pflanze durch den Einfluss von bspw. elektromagnetischen Feldern schließen. Bei den exponierten und scheinexponierten Tomaten sowie der Positivkontrolle wurden deshalb folgende Analysen durchgeführt: Untersuchung der Genexpression: Veränderungen in der Expression einzelner Gene wurden bekannten Signalwegen zugeordnet. Prüfung, ob es sich um eine systemische Reaktion der Pflanzen handelt. In dem Fall würde die Exposition eines einzelnen Blattes eine Reaktion der gesamten Pflanzen hervorrufen. Bei Rosen wurde nach der Exposition die Geschwindigkeit des Wachstums und die Ausrichtung der Äste beobachtet. Aufbau des Experiments im Forschungsvorhaben Ergebnisse Zu Beginn der Studie wurde der aktuelle wissenschaftliche Kenntnisstand zu Wirkungen von hochfrequenten elektromagnetischen Feldern auf Pflanzen mittels einer Recherche in der Fachliteratur zusammengefasst. Die vorliegenden Studien beschreiben überwiegend negative Wirkungen hochfrequenter elektromagnetischer Felder auf Pflanzen. Viele dieser Studien weisen jedoch qualitative Mängel auf – etwa aufgrund unzureichender Durchführung, mangelhafter Beschreibung oder ungeeigneter Expositionsanlagen. Insgesamt lässt der derzeitige wissenschaftliche Kenntnistand keine ausreichend begründeten Schlüsse über potenzielle Wirkungen hochfrequenter elektromagnetischer Felder auf Pflanzen zu. Die Exposition von Tomatenpflanzen gegenüber hochfrequenten elektromagnetischen Feldern mit einer höheren Feldstärke (40 V/ m ) und der mechanische Stress durch Anschneiden der Blätter hatten die gleiche Wirkung: Beide führten zu einer eher geringen Änderung der Genexpression im Vergleich zur Scheinexposition (0 V/ m ). Im Gegensatz dazu war die Genexpression bei der geringeren Feldstärke von 5 V/ m im Vergleich zu nicht exponierter Kontrolle deutlich verstärkt. Diese Ergebnisse bestätigen die Ergebnisse aus Frankreich. Eine nachgeschaltete Analyse der Veränderungen der Genexpression nach einer Exposition mit 5 V/ m , deutet auf dieselben Prozesse hin, die auch von der französischen Arbeitsgruppe berichtet wurden. Hierunter fallen beispielsweise Energiemetabolismus, oxidativer Stress und Kalzium-Gleichgewicht. Demgegenüber konnten die folgenden Ergebnisse der französischen Studie nicht bestätigt werden: Anstieg der Genexpression bestimmter Zielgene nach einer Exposition gegenüber hochfrequenten elektromagnetischen Feldern. Systemische Antwort bei Tomaten, also eine Reaktion der gesamten Pflanze nach der Exposition einzelner Blätter. Hinweise, dass mögliche Wirkungen hochfrequenter elektromagnetischer Felder auf die Genexpressionsänderungen durch das Pflanzenhormon Abszisinsäure oder durch den Nährstoff Kalzium vermittelt werden. Bei den Versuchen mit Rosen konnten keine statistisch signifikanten Unterschiede im Haupt- oder Seitensprosswachstum zwischen Exposition und Scheinexposition beobachtet werden. Was den Hauptspross betrifft, entspricht das den Ergebnissen aus Frankreich. Im Gegensatz dazu konnten die dort beobachteten Wirkungen auf das Seitensprosswachstum in dem BfS -Forschungsvorhaben nicht bestätigt werden. Es wurde dieselbe Rosenart verwendet wie in Frankreich und es fiel auf, dass das Wachstum der einzelnen Rosenstecklinge sehr variabel war. Eine potenzielle Wirkung hochfrequenter elektromagnetischer Felder auf das Wachstum von Rosen war damit deutlich geringer als die biologische Variabilität von Rosenstecklingen. Zusammenfassend kann man festhalten, dass die Ergebnisse aus Frankreich in einem wesentlichen Punkt bestätigt werden: Eine Exposition mit hochfrequenten elektromagnetischen Feldern einer Frequenz von 900 MHz und mit einer elektrischen Feldstärke von 5 V/ m führt zu wesentlichen Veränderungen in der Genexpression, die ausgeprägter sind als bei 40 V/ m . Die beteiligten Gene können im weitesten Sinne Stressreaktionen zugeordnet werden, wie sie auch im Freiland infolge von Umwelteinflüssen eintreten können. Es sind Gene, die an unterschiedlichen Prozessen beteiligt sind, wie zum Beispiel an der Reaktion auf Strahlung wie Licht, UV , aber auch ionisierende, also sehr energiereiche Strahlung , an der Photosynthese und an metabolischen Reaktionen im Zusammenhang mit Adenosintriphosphat (ATP) und Kalzium. Die stärkere Wirkung der geringeren elektrischen Feldstärke ist unerwartet. Die potenziellen Wirkmechanismen sollten weiter untersucht werden. Wirkungen auf das Pflanzenwachstum wurden nicht beobachtet und die beschriebenen Stressreaktionen bedeuten keine Schädigung der Pflanzen, sondern sind natürliche Reaktionen auf äußere Einflüsse. Stand: 07.05.2026
Die fördernde Wirkung von Cytokinin auf die Blühinduktion wurde bereits kurz nach der Entdeckung dieses Pflanzenhormons vor mehr als 50 Jahren beschrieben. Allerdings blieben die molekularen Wirkmechanismen dieser Aktivität weitestgehend unbekannt, obwohl große Fortschritte im Verständnis des Metabolismus und der Signalübertragung des Hormons erreicht wurde. Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, das Ausmaß und die Wirkmechanismen der Regulation des Blühzeitpunktes durch Cytokinin zu untersuchen. Die meisten Arbeiten werden mit Arabidopsis thaliana durchgeführt, aber die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf Raps (Brassica napus L.), in dem das Blühverhalten ein wichtiges Züchtungsziel ist, wird ebenfalls studiert. In einem ersten Projektabschnitt wird das Blühverhalten von Mutanten der meisten der ca.60 Cytokininmetabolismus- und -signalgene analysiert, um die funktionell relevanten Gene zu identifizieren. In Vorarbeiten konnten wir die Cytokininrezeptoren AHK2 und AHK3 sowie die Transkriptionsfaktoren ARR10 und ARR12 als zentral für die Cytokininwirkung ermitteln. Diese Analyse wird ergänzt durch die Untersuchung von Pflanzen mit einem gewebespezifisch veränderten Cytokininstatus, wobei das apikale Sproßmeristem, Blätter, Phloem und die Wurzel im Mittelpunkt stehen. Die Transkriptlevel bekannter Blühgene werden bei verschiedenen Tageslängen und nach einem Shift der Tageslänge zu induzierenden Bedingungen miteinander verglichen. Der Einfluß von Umweltparametern (Licht, Ernährung) auf die Wirkung von Cytokinin wird getestet, um zu verstehen, unter welchen Bedingungen sein Einfluß besonders relevant ist. Die Analyse von Transkriptomdaten hat zu Hypothesen über eine Rolle von Cytokinin als Modulator verschiedener Signalwege geführt, einschließlich der Regulation des Repressorgens ATC, miR156, miR172 und Interaktionen mit den Gibberellin- und Trehalose-6-Phosphatsignalwegen. Diese Hypothesen werden mit Hilfe genetischer und molekularer Ansätze weiter untersucht. Diese Analysen und die Identifizierung von Zielgenen von ARR10 und ARR12 soll die Aktivität von Cytokinin mit bekannten Komponenten der Blühregulation verbinden. Desweiteren wird ein genetischer Ansatz verfolgt, um Zugang zu den Wirkmechanismen von Cytokinin zu erhalten. Die fehlende Blühinduktion cytokinindefizienter Pflanzen kann durch dominante Suppressormutationen revertiert werden. Zusätzliche Mutanten, die spezifisch die Blühinduktion betreffen, sollen identifiziert und die mutierten Gene durch markergestützte Genkartierung kloniert werden. Zudem wird die Rolle von Cytokinin bei der Regulation des Blühzeitpunktes von Rapspflanzen mit einem gentechnisch veränderten Cytokininstatus untersucht. Diese Analyse sollte Aufschluß darüber geben, ob cytokininabhängige Mechanismen der Blühregulation in dieser wichtigen Kulturpflanze konserviert sind und sich als Züchtungsziel zur Modulation des Blühverhaltens eignen.
Publizierte Daten über die Wirkung des Stresshormons Abscisinsäure (ABA) auf die hydraulische Leitfähigkeit von Wurzelsystemen (Lp,) sind widersprüchlich. Abhängig von den angewandten Methoden wurden an Wurzelsystemen Stimulationen und Hemmungen beobachtet, die möglicherweise auf den Einfluss der ABA auf die Aktivität von Aquaporin zurückgehen. In diesem interdisziplinären Projekt soll die hormonelle Steuerung der hydraulischen Leitfähigkeit von Wurzeln Lp, durch das Pflanzenhormon Abscisinsäure untersucht werden. Erstmals werden ABA-Gehalte und -Wirkungen sowohl auf der Ebene der ganzen Wurzel (Einzelwurzel, Wurzelsysteme) und von Einzelzellen unter verschiedenen Bedingungen (Kontrolle, Salzstress, Anaerobiose) erfasst. Es wird untersucht, wie ABA in die hydraulische Leitfähigkeit auf der Zell- und Wurzelebenebeeinflusst und wie diese Änderungen mit endogenen Schwankungen des ABA-Gehaltes und der Expression von Aquaporinen in Wurzelgeweben und einzelnen Zellen korrelieren. In die Untersuchungen zur hormonellen Regulation der Wasseraufnahme wird auch bereits verfügbarer genetisch veränderter Mais einbezogen, bei dem ein heterologes Aquaporin aus A. Thaliana in der Plasmamembran konstitutiv experimentiert ist. Da diese Expression ABA-unabhängig erfolgt, sollen diese Experimente einen zusätzlichen Nachweis auf eine Steuerung der Aktivität von Wasserkanälen durch ABA liefern.
Das Pflanzenhormon Gibberellin (GA) ist ein zentraler Regulator des pflanzlichen Wachstums und der pflanzlichen Entwicklung. Die Kontrolle der GA Biosynthese oder der GA Antwort wird in der Pflanzenzüchtung eingesetzt, vor allem zur Kontrolle der Pflanzenwuchshöhe. GA kontrolliert jedoch auch noch viele andere Aspekte des pflanzlichen Wachstums. Wie diese dem GA nachgeschaltet reguliert werden, ist noch unklar. Unser Projekt basiert auf den Ergebnissen einer vergleichenden Analyse des GA Transkriptoms. Wir möchten jetzt einen größeren Satz von GA Zielgenen untersuchen und charakterisieren, um ihre Rolle bei der Kontrolle individueller GA Antworten durch physiologische Experimente aufzudecken.
Das Pflanzenhormon Abszisinsäure (ABA) hat eine wichtige Rolle bei der Samenreifung und -keimung sowie bei der Anpassung an abiotische Streßfaktoren. Im Mittelpunkt des beantragten Forschungsprojekts steht die Identifizierung von Intermediärprodukten, die die Genexpression so steuern, daß Pflanzen eine besondere Anpassung an Trockenstreß zeigen. Diese Untersuchungen sollen von der extrem trockentoleranten Pflanze Craterostigma plantagineum ausgehen, die schon eingehend untersucht worden ist im Hinblick auf ABA induzierte Genexpression, die relevant ist für Trockentoleranz. In dem vorgeschlagenen Projekt sollen zwei wesentliche experimentelle Ansätze verfolgt werden: 1. Mit Hilfe des Hefe-Ein-Hybrid Systems sollen neue Faktoren gefunden werden, die mit Promotorelementen interagieren, die für die ABA Induktion relevant sind. 2. Eine mutagenisierte transgene Arabidopsislinie, die einen ABA induzierbaren C. plantagineum Promotor, gekoppelt an Reportergen, enthält, soll zur Suche von regulatorischen Mutanten in der ABA induzierten Genexpressionskaskade benutzt werden. Bei einer Mutation zeigt das Reportergen ein verändertes Expressionsmuster
Das Phytohormon Abscisinsäure (ABA) spielt eine zentrale Rolle in der Stressadaption der Pflanze. Abiotische Signale wie Trockenheit und Kälte sowie biotische Interaktionen führen zu einer Aktivierung des ABA-Signalweges. Die ABA vermittelten Reaktionen wie die Regulation der Stomataöffnung und des Wachstums interferieren mit anderen Phytohormon-Signalwegen. Die Integration verschiedener endogener Signale in Pflanzen ist weitgehend unverstanden. In diesem Teilprojekt soll die molekulare Vernetzung des ABA-Signalweges mit Auxin- und Ethylen-vermittelten Reaktionen entschlüsselt werden.
Entwicklung eines Protokolls zur in vitro-Massenvermehrung von Taraxacum koksaghyz, in vitro-Generationsbeschleunigung (Blühinduktion), Polyploidisierung (Colchizinierung) Inkulturnahme selektierter Genotypen in die in-vitro-Kultur (Aufbau von Sterilkulturen), Erarbeitung eines Protokolls zur in-vitro-Massenvermehrung (dazu Testung verschiedener Nährbodenvarianten insbesondere in Bezug auf den Einsatz von Phytohormonen, Testung von Kulturbedingungen wie Temperatur und Lichtverhältnisse, Überprüfung des Einsatzes von TIS (Temporary Immersion Systems) zur Verbesserung der Kulturbedingungen); Erarbeitung eines Protokolls zur in-vitro-Generationsbeschleunigung (Blühinduktion) durch den gezielten Einsatz von Wuchsstoffen (Gibberelline) und Variationen von Tageslänge, Lichtqualität, Lichtintensität. Polyploidisierung ausgewählter Genotypen durch Colchizinierung der in-vitro-Kulturen (Behandlung von Kallus, eventuell auch von in vitro erzeugten Sprossen mit Colchizin z.B. über getränkte Watte bzw. Tauchverfahren). Überführung und Abhärtung in vitro herangezogener Kulturen unter Gewächshausbedingungen, insbesondere nach Blühinduktion bzw. Colchizinierung zur Übergabe der Pflanzen an Projektpartner.
Auxin - principally indole-3-acetic acid (IAA) - has proven as unique signaling molecule virtually controlling all plant developmental processes. Recent research has concentrated on the fascinating feature auxin being transported in a directed or polar fashion. Polar auxin transport (PAT) is regulated at the cellular level and is apparently both a product and determinant of cellular polarity. Auxin unloading is thought to be mediated by protein complexes that are characterized by members of the p-plycoprotein (PGP) and pin-shaped (PIN) protein families. The establishment of auxin gradients is controlled by reversible protein phosphorylation, however, the individual targets of protein kinases and phosphatases are unknown. Several lines of evidence point to components of auxin efflux complexes and/or NPA-binding proteins as targets of phosphorylation. While PIN proteins are apparently unlikely candidates two findings favor PGP as targets: PGP1 has been shown recently to catalyze the primary active export of auxin and to be modulated by NPA binding. Moreover, in a recent phosphoproteomic approach, PGP1 has been demonstrated to be phosphorylated in conserved phosphorylation sites in a so-called regulatory linker domain. This domain is known to modulate the activity mammalian PGPs by phosphorylation via PKC. In this project we envisage to demonstrate that PGP1-mediated auxin transport is modulated by phosphorylation in its regulatory linker domain. Phosphoproteomic data, a yeast-based mutant screen, and site directed mutagenesis will be used to determine the impact of phosphorylation on transport activity. The outcome of the yeast work will allow us to engineer relevant phosphorylation sites in the linker domain of PGP1 that alter protein activity and/or location. Additionally, TILLING technology will be used to identify relevant point mutations in the linker domain. Finally, in order to identify plant-borne kinases/phosphatases responsible for (de)phosphorylation of PGP1, a classical yeast two-hybrid screen using the linker domain as bait will be carried out. In an inverse approach, the phosphorylation status of PGP1 will be upon will be determined biochemically and by mass spectrometry applying physiological, chemical and genetic tools. The outcome should provide a deep insight into the regulation of auxin transport via PGPs and the establishment of local auxin gradients controlling virtually all steps of plant development. Transfer of this knowledge might later on open new strategies for the directed genetic or chemical manipulation of plant development.
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