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.
Im Rahmen des Verbundforschungsprojekts 'Symbiontische Wechselwirkungen zwischen Mikroorganismen und Kulturpflanzen' sollen stoffwechselphysiologische und biochemische Vorgaenge in der Symbiose zwischen Mykorrhiza-Pilzen und hoeheren Pflanzen wie Mais und Tagetes und in der Assoziation zwischen Bakterien und Getreidearten charakterisiert werden. Mit Hilfe immunologischer Methoden werden die Phytohormone (Indolylessigsaeure, Abscisinsaeure, Cytokinine) in mykorrhiziertem Zustand quantifiziert. Danach sollen weitere Stoffe untersucht werden, die zwischen den Symbiosepartnern ausgetauscht werden. Bei den Assoziationen werden Bakterien wie Pseudomonas, Enterobacter, Azotobacter, Rhizobium und Azospirillum getestet. Hier sollen ebenfalls die von den Bakterien abgegebenen Stoffe festgestellt werden. Die Besiedlung der Wurzel durch die Bakterien soll ermittelt werden. Ausserdem sind Feldversuche in Kooperation mit anderen Partnern der Verbundforschung mit diesen Mykorrhiza-Pilzen und assoziativen Bakterien geplant.
In dem Vorhaben sollen mit Hilfe von HPLC an Freilandmaterial und definiert belastetem Material (Expositionskammern) Phytohormone und sekundaere Pflanzenstoffe analysiert werden. Dies sind im Einzelnen: a) Phytohormone (IES, Abscisinsaeure etc.), wobei Ziel ein tieferes Verstaendnis typischer Schadsymptome an Fichte und Tanne darstellt. b) Pigmente und Sesquiterpene, wobei charakteristische Aenderungen in qualitativer und quantitativer Zusammensetzung untersucht werden sollen. Weiterhin soll geprueft werden, ob der Delta 13C-Wert wegen einer Verschiebung der chemischen Zusammensetzung unter veraendertem Diffussionswiderstand der Stomata korrigiert werden muss. Ziel ist herauszufinden, inwieweit sich die o.g. Substanzen als Fruehindikatoren fuer eine Baumschaedigung eignen.
Es besteht hoher Bedarf an Züchtung von Pappelsorten, die optimal an Kurzumtriebsplantagen (KUP)angepasst sind. Aufbauend auf ein Marker-charakterisiertes Pappel-Sortiment soll die innovative somatische Hybridisierung eingesetzt werden, um die genetische Diversität durch Neukombinationen von Pappellinien aus verschiedenen Sektionen zu erhöhen und optimierte Energiepappeln zu züchten. Schwerpunkt der Arbeiten wird die Kombination von Eigenschaften sein, die für den Anbau auf KUP vorteilhaft sind, wie beispielsweise rasche Jugendwüchsigkeit oder Pappelblattrostresistenz. Für Fusionen verschiedener Pappelklone sowie deren Selektion und in vitro-Vermehrung werden aufbauend auf etablierte Systeme in Vortests Pappelklone (und A. vonNWF-FVA) auf Regenerationsfähigkeit sowie Reaktion auf verschiedene Pflanzenhormone geprüft. Versuche zur Protoplastenisolierung, - fusion, -kultivierung, und -regeneration folgen. Es müssen Fusionsparameter sowie Kulturmedien und -bedingungen angepasst werden. Zusätzlich soll die asymmetrische Fusion etabliert werden, um nur einzelne Chromosomen zu übertragen. Regenerate werden mit Cytofluorimetrie und Mikrosatelliten analysiert. Hybride werden für genauere Analysen an vTI (Marker-Analyse) und NW-FVA (Vermehrung, in vitro-Tests, Feldversuche) transferiert.
Eine Erhöhung der quantitativen Biomasseproduktion je Flächeneinheit Land trägt positiv zu Nachhaltigkeit und Effizienz in der Rohstoffproduktion bei. Das betrifft nicht nur die Lebensmittelproduktion sondern auch die Forstwirtschaft. Bei den Cytokininen und Ethylen handelt es sich um Pflanzenhormone, die Einfluss auf Baumwachstum und -entwicklung, sowie auf die chemische Zusammensetzung und die Ultrastruktur der Zellwand haben. Anhand genetisch modifizierter Pappeln werden Zusammenhänge zwischen Biosynthese und Zellwandstruktur untersucht. Ziel der neuen Erkenntnisse ist es, zu einem tieferen Verständnis der mechanischen Eigenschaften von Holz beizutragen und neue Input-Parameter zum effizienten Design nachfolgender technologischer Prozesse zu liefern. Weiters sollen die als erfolgreich und kommerziell relevant eingestuften transgenen Pappeln in Feldversuchen etabliert werden. Die Mikro- und Ultrastruktur der von den Projektpartnern zur Verfügung gestellten Pappeln werden mit Licht- und Elektronenmikroskopie sowie mit Röntgenmethoden untersucht. Mikrozugversuche und Nanoindentierung liefern mechanische Kennwerte. Simultan durchgeführte strukturelle und mechanische Untersuchungen (in-situ Experimente, z.B. Zugversuche kombiniert mit Raman-Spektroskopie, Röntgenstreuung, Licht- oder Elektronenmikroskopie) erlauben eine genaue Analyse von Verformungsmechanismen auf unterschiedlichen Größenskalen - vom Molekül bis zum Gewebe.
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