Abbau von phenolischen Substanzen waehrend des Kompostierprozesses und nach der Kompostausbringung am Feld. Phytosanitaere Wirkungen von Komposten gegen die von Pythium ultimum hervorgerufene Umfallkrankheit von Erbsen in Relation zu Polyphenolgehalt, mikrobieller Biomasse und Aktivitaet der Komposte. Belastung von Biotonnenkomposten mit Dioxinen, Furanen und PAKs.
Das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und mikrobiellen Krankheitserregern ist von zentraler Bedeutung für das Management von Pflanzenkrankheiten auf dem Feld und für die Verbesserung von Kulturpflanzengenotypen. Es ist von zentraler wissenschaftlicher Bedeutung und hilft den künftigen Bedarf nachhaltig erzeugter Pflanzenprodukte zu decken. Fusarium-Arten gehören zu den aggressivsten pilzlichen Krankheitserregern, die Pflanzen infizieren, Ertragseinbußen verursachen und Mykotoxine produzieren, die für die Gesundheit von Mensch und Tier von Bedeutung sind. Wir haben daher Untersuchungen zur Anreicherung von Molekülen aus Fusarium-Arten durchgeführt, die in Pflanzen immunogen wirken, d. h. in Arabidopsis thaliana frühe kanonische Immunreaktionen auslösen (pattern-triggered immunity, PTI). Das Auffinden und die Anreicherung solcher Moleküle ermöglichte es uns, nach Arabidopsis-Mutanten mit reduzierten Immunreaktionen auf diese Auslöser zu suchen. Auf der Grundlage dieses Screenings identifizierten wir den Zelloberflächenrezeptor MIK2 als exzellenten Kandidaten für den direkten Peptidligandenrezeptor für neue Elicitorpeptide aus Pilzpathogenen, einschließlich Fusarium. Unser Ziel ist es nun, diesen Rezeptor in einen größeren genetischen und biologischen Zusammenhang zu stellen. Zu diesem Zweck klonieren wir MIK2 Orthologe aus Nutzpflanzen, um die Konservierung von MIK2 im Pflanzenreich zu verstehen und vergleichen sie mit der verwandten endogenen SCOOP-Peptid-Erkennungsfunktion, wir analysieren die zelluläre Natur der erhöhten Anfälligkeit von mik2-Funktionsverlustmutanten und identifizieren die authentischen Peptid-Elizitor-Moleküle von Fusarium spp. und anderen Pilzen. Ein gezielter knock-out des MIK2 Gens in Tomaten komplementiert diesen Ansatz.
Die Verluste in der globalen Nahrungsmittelproduktion durch Pflanzenkrankheiten und Schadinsekten werden auf 17-30 % geschätzt (Savary et al., 2019). Viele der verheerendsten Pflanzenkrankheiten und Schadinsekten werden durch die Luft übertragen und können sich entlang von Windströmungen über extrem große Entfernungen verbreiten. Sie überqueren Regionen, Länder und sogar ganze Kontinente (Aylor, 2017). Diese seltenen Ereignisse mit großem Verlustpotenzial können schwerwiegende Konsequenzen für die landwirtschaftliche Produktion haben, denn Sie können verheerende Epidemien und Insektenplagen auslösen. Während jüngste Fortschritte in den Bereichen meteorologische Modellierung, Fernerkundung und Computer-Technologie erste quantitative Abschätzungen des Risikos für solch langreichweitige atmosphärische Übertragung von Krankheiten und Schädlingen erlauben, bleiben doch zahlreiche offene Fragen, Herausforderungen und Modell-Unsicherheiten, die adressiert werden müssen, um Risiko-Abschätzungen für die landwirtschaftliche Produktion zu verbessern (Meyer et al., 2017a,b; Meyer, 2018; Visser et al., 2018; Allen-Sader et al., 2019). Zentrale offene Fragen bleiben zum Beispiel bezüglich des Effektes von komplexen Wechselwirkungen zwischen meteorologischen Faktoren (z.B. Wind, Temperatur) und der Biologie von Pathogenen und Schadinsekten (z.B. Überlebenszeiten, Flugrichtung) auf charakteristische räumliche und zeitliche Ausbreitungsskalen, sowie auch bezüglich der Kopplung von realistischen Ausbreitungsmodellen mit epidemiologischen und Pflanzenbestandes-Modellen. Das hier vorgeschlagene Forschungsprojekt adressiert zwei Ziele: (i) Literatur-Review und Experten-Interviews als Grundlage für die Parameterisierung von existierenden atmosphärischen Transport-Modellen für besonders relevante windübertragene pflanzliche Krankheiten und Schadinsekten, sowie (ii) Fertigstellung eines kürzlich entwickelten Prototyps (bisher nicht publiziert) für ein neues GPU-basiertes Simulations-Tool, dass es erlauben wird realistische atmosphärische Verbreitungsmodelle mit epidemiologischen und Pflanzenbestandes-Modellen zu koppeln, um somit die komplexen Wechselwirkungen zwischen meteorologischen und biologischen Faktoren besser verstehen zu können. Die Ergebnisse des Forschungsprojektes, zusammen mit vorherigen Arbeiten des Autors, adressieren eine Lücke in der deutschen Forschungslandschaft. Die Integration des Walter-Benjamin Projektes in die Crop Sciences Group an der Universität Bonn als Gast-Institution mit enger Affiliation an das Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) bieten ein exzellentes Forschungsnetzwerk, sodass unter der Leitung des wissenschaftlichen Mentors für dieses Projekt wertvolle Beiträge zu laufender Forschung erwartet werden können. Das Walter-Benjamin Programm würde mir den Einstieg in die deutsche Agrarlandschaftsforschung ermöglichen und damit einen wertvollen Beitrag leisten zu der Etablierung eines selbständigen Forschungsprofils.
Die Pflanzenzüchtung beruht überwiegend auf der Selektion von neuen, vorteilhaften Allelkombinationen um Nutzpflanzen zu verbessern. Neue Allelkombinationen entstehen durch meiotische Rekombination und Fremdbestäubung im Zuge der sexuellen Reproduktion. Rekombination und Fremdbestäubung zählen gleichzeitig zu den wichtigen Mechanismen, welche die Evolution pflanzlicher Populationen ermöglichen. Die Genome vieler Nutzpflanzen (z.B. Roggen, Weizen und Gerste) bestehen aus sehr großen, heterochromatischen Bereichen, in denen die Rekombinationsrate extrem reduziert ist. In diesen genomischen Bereichen befinden sich allerdings ca. 30 % aller Gene, welche dadurch für Pflanzenzüchter unzugänglich sind. In diesen Bereichen befinden sich tendenziell Gene, welche in essentiellen zellulären Prozessen, wie z.B. der Photosynthese, involviert sind. Weiterhin ist die Fremdbestäubung in Arten, welche ihren Pollen über Wind verbreiten, von der Größe der Pollen abhängig.Die meiotische Rekombination und die Pollenentwicklung werden auf molekularbiologischer Ebene durch mehr als 80 bisher bekannte Gene reguliert. Interessanterweise sind beide Prozesse auch stark von Umweltbedingungen abhängig. Diese Umweltabhängigkeit führt zu quantitativen Änderungen in der Ausprägung dieser Merkmale und ermöglicht so Variabilität in der Entstehung neuer Allelkombinationen im Laufe der Evolution.Das Ziel dieses Projektes ist es die genetischen Mechanismen zu verstehen, welche zu Variationen in der Rekombinationsrate, der Pollengröße und der Selektion unter Stressbedingungen führen. Die Erkenntnisse, welche hier erarbeitet werden, können dazu führen Züchtungsmethoden zu verbessern. Dies kann durch eine Erhöhung der effektiven Rekombinationsrate durch meiotische Rekombination und Fremdbestäubung geschehen. Weiterhin besteht die Möglichkeit unser Verständnis über den direkten Einfluss von Rekombination und Fremdbestäubung auf Verschiebungen in der Allelfrequenz durch Selektion zu verbessern.Um dieses Ziel zu erreichen beabsichtigen wir einen Dauerfeldversuch zu nutzen in dem eine Roggenpopulation abiotischem Stress ausgesetzt ist. Das Projekt ist auf drei Schwerpunkte ausgerichtet: (1) der genetischen Kontrolle der Rekombinationsrate unter abiotischem Stress und basierend auf genetischen Unterschieden, (2) der genetischen Grundlage von quantitativen Unterschieden in der Pollengröße unter abiotischem Stress und basierend auf genetischen Unterschieden und (3) der Verschiebung von Allelfrequenzen durch Selektion unter abiotischem Stress und wie diese direkt von Rekombination und Fremdbestäubung beeinflusst werden.Dies wird unser Verständnis über die effektive Entstehung neuer Allelkombinationen durch Rekombination und Fremdbestäubung verbessern. Die hier identifizierten Genvarianten können dann in Züchtungsprogramme integriert werden.
Keimlinge von Zuckerrueben werden teilweise von Collembolen angegriffen, wenn Unkraeuter als Alternativnahrung durch Herbizide vernichtet werden. Herbizide beeinflussen aber auch das Verhalten der Collembolen. Der Effekt verschiedener Herbizide auf den Collembolenfrass soll ermittelt werden.
Neue Sorten werden in Feldversuchen in mehreren Umwelten (MET) extensiv getestet, um zuverlässige empirische Grundlage für Sortenempfehlungen für Landwirte zu erhalten. Falls die Zielpopulation von Umwelten groß genug und heterogen ist, ist eine Aufteilung in Subregionen oft vorteilhaft. Bei der Planung solcher Versuche erhebt sich die Frage der Zuordnung der Feldversuche den Subregionen. Zu Lösung dieses Problems werden meistens lineare gemischte Modelle angenommen. Optimale Versuchspläne (optimale Zuordnungen der Feldversuche) werden für beste lineare unverszerrte Vorhersagen (BLUPs) für Genotypeffekte und ihre paarweise lineare Kontraste bestimmt. In diesem Projekt werden lineare gemischte Modelle mit korrelierten Genotypeffekten untersucht, die zudem Jahres- und / oder Umweltfaktoren miteinbeziehen können. Außerdem ist geplant unvollständige Block-Designs (alpha-Designs, Zeilen-Spalten-Pläne) neben randomisierten vollständigen Block-Designs zu berücksichtigen. Für den Fall dass Markerdaten verfügbar sind, werden Versuchspläne für MET für Sparse Testing untersucht. Sparse Testing bedeutet die Prüfung jedes Genotyps ausschließlich in einem Teil der Feldversuche. Dadurch wird die Erfassung der Marker-Umwelt-Interaktion in einer erhöhten Zahl von Umwelten ermöglicht, wodurch eine höhere Präzision der Schätzung von Markereffekten erreicht wird. Die Aufgabe der Versuchsplanung ist nun die Zuordnung der Genotypen zu den Prüfumwelten. Die linearen gemischten Modelle sind hier so kompliziert, dass die Designfragestellungen nicht trivial sind. In den Fällen, wo die daraus resultierenden Designkriterien keine Spezialfälle von bekannten Kriterien sind, werden neue Berechnungsmethoden für optimale Versuchsplanung entwickelt. Eine zugehörige Fragestellung in dieser Forschung ist die Ermittlung von optimalen oder hocheffizienten Designs, die unabhängig von oder mindestens unsensitiv bzgl. der Kovarianzmatrix der zufälligen Effekte sind. Zu Lösung dieses Problems wird ein Bayesianischer Ansatz benutzt. Außerdem werden das Minimax-Kriterium und / oder das Maximin-Efficiency-Kriterium untersucht, die dem "worst case" bezüglich der zugrundeliegenden Kriterien entsprechen.
The Albuginaceae is a monophyletic group of obligate biotrophic oomycetes that cause diseases commonly referred to as white blister rust (WBR) on a wide range of wild, weedy, and cultivated flowering plants including many high-value crops. Despite significant progress over the past two decades, which improved the understanding of the phylogenetic relationships within WBR, the actual diversity within Albuginales is still largely unknown. This is especially the case for white blister pathogens of Brassicaceae, a family of which several hundred members are known to be susceptible to WBR. For the elucidating radiation and speciation of white blister pathogens, Albugo on Brassicaceae is a promising target, as it contains both specialised species and a widely regarded as generalist species, Albugo candida. Despite its importance as the most destructive and widespread WBR pathogen of several important crops, the population structure of Albugo candida has not been explored in detail and its relationships to some closely allied host-specific species remain obscure. In the proposed research we seek to understand i) how the generalist species Albugo candida is phylogenetically linked to more specialised lineages, ii) if there is a linkage between Brassicaceae diversity and the genetic diversity of Albugo on Brassicaceae, and iii) if the population of the generalist species, Albugo candida, is panmictic or structured according to host plants or geographic regions. The findings of the proposed research will lead to new insights into the diversity, distribution and evolution of Albugo on Brassicaceae and lead to a better understanding of the emergence of new pathotypes of the disease.
Die durch den Pilzerreger Verticillium longisporum bei Brassicaceen hervorgerufene vaskuläre Welke ist eine Krankheit, die in Nordeuropa zunehmend an Bedeutung gewinnt. Die Pathogenese und die Abwehrmechanismen dieser Krankheit sind nicht gut verstanden, vor allem weil der Pilz über die Wurzeln eindringt und versteckt im Xylem lebt. Ziel dieses Projekts ist es, die Rolle und den Transportmechanismus extrazellulärer RNAs (exRNAs) bei der Interaktion zwischen dem Ascomyceten Verticillium longisporum (Vl) und der Kulturpflanze Brassica napus zu untersuchen. Dieses Pathosystem ermöglicht es uns, den Apoplasten und das Gefäßsystem der Pflanze als Schauplatz der Auseinandersetzungen zwischen Wirt und Pilz zu untersuchen. Das Projekt befasst sich mit drei Hauptfragen: (a) wie trägt der exRNA-Austausch zwischen dem pathogenen Pilz und dem Pflanzenwirt zum Infektionsprozess bei, (b) wie können exRNAs und Komplexe aus RNAs und RNA-bindenden Proteinen (RBPs) gezielt zwischen Wirt und Pathogen ausgetauscht werden, und (c) welche Funktionen haben exRNAs in Wirtszellen? In der ersten Förderperiode haben wir erfolgreich extrazelluläre Vesikel (EV)-assoziierte Proteine und RNAs aus Pilzflüssigkulturen charakterisiert. Außerdem konnten wir die phytotoxische Wirkung der EV-Fraktion aus V. longisporum in B. napus nachweisen. In der zweiten Förderperiode zielt unser Projekt darauf ab, den Mechanismus des exRNA-Transports vom Pilz zur Pflanze näher zu charakterisieren, den RNA-Transfer zu bestätigen und die Auswirkungen auf die Wirtszellen zu untersuchen. Während der ersten Förderperiode stellte sich heraus, dass sauberere EVs für die Bestandsanalysen von Vorteil wären. Daher werden wir in der zweiten Förderperiode unsere biochemische Expertise nutzen, um EVs aus Kultur zu subfraktionieren, Vl-EV-Marker zu etablieren, die EV-assoziierte Fraktion von Vl-infizierten Pflanzen zu charakterisieren, den RNA-Transfer auf Pflanzenzellen zu bestätigen und die Funktionen von Kandidaten-RNAs und RNA-bindenden Proteinen (RBPs) zu entschlüsseln. Durch die Kombination der Erkenntnisse aus den anderen Projekten des RU5116-Konsortiums können die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse in Zukunft in innovative RNA-basierte Pflanzenschutzstrategien umgesetzt werden.
Die Sicherung der Nahrungsmittelreserven für eine wachsende Weltbevölkerung bedarf der Beiträge verschiedener Disziplinen wie der Pflanzenbiologie, der Pflanzenbiotechnologie, der landwirtschaftlichen Industrien und der Landwirtschaft. Ohne ein präzises Wissen über die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen wird es schwierig sein, Fortschritte in der Pflanzenzüchtung und -produktion zu erhalten und der Transfer von Erkenntnissen von Modellpflanzen auf Nutzpflanzen, oder von einer Nutzpflanze auf eine andere Nutzpflanze, wird sich schwierig gestalten. Der Sonderforschungsbereich vereinigt Experten aus verschiedenen Bereichen der Pflanzenbiologie wie der Reproduktionsbiologie, der Hormonbiologie, der Stressphysiologie, der Phytopathologie und der Pflanzenzüchtung, die mit Hilfe von Hochdurchsatzmethoden und mit Unterstützung aus den Gebieten der Bioinformatik und Proteomik molekulare Mechanismen aufdecken, die zur Ertragsbildung und zur Ertragsstabilität bei Pflanzen beitragen. Die Forschung der beteiligten Gruppen fokussiert sich auf die Mechanismen, die den Befruchtungserfolg und sowohl quantitative als auch qualitative Aspekte der Samenbildung regulieren (Ertragsregulation). Der zweite Projektbereich konzentriert sich auf die molekularen Mechanismen, welche die Interaktionen der Pflanzen mit ihrer abiotischen und biotischen Umwelt kontrollieren (Ertragssicherung).Übertragbarkeit ist ein Leitprinzip der Forschung innerhalb des Sonderforschungsbereichs und dies umfasst,(1) dass das Wissen über einen spezifischen molekularen Prozess von einer Spezies auf eine andere Spezies übertragen werden kann, (2) dass dieselben molekularen Mechanismen unterschiedliche biologische Prozesse steuern (3) oder dass verwandte Signaltransduktionskomponenten ähnliche Mechanismen zur Steuerung unterschiedlicher Prozesse nutzen. Zu einem sehr großen Maß wurde der hier beantragte SFB nur durch die kürzlich gemachten Fortschritte in der Genomsequenzierung und der Etablierung von postgenomischen Methoden für eine Reihe von Pflanzenspezies möglich. Diese Fortschritte, zusammen mit der Verfügbarkeit von Next Generation Sequencing Methoden, erlaubt es nun zum ersten Mal spezifische biologische Fragen in verschiedenen Pflanzenspezies mit der notwendigen Tiefe zu adressieren. Ein wichtiges Ziel dieses SFBs ist es, die Nutzung und Integration dieser Werkzeuge und Methoden zu einer Routineanwendung in den beteiligten Arbeitsgruppen zu machen und dadurch die nächste Generation von Pflanzenbiologen in der Nutzung postgenomischer Methoden für die Pflanzenwissenschaften zu schulen.
Das im Boden vorkommende Bakterium Agrobacterium tumefaciens infiziert eine Vielzahl von Pflanzenarten und verursacht die Wurzelhalsgallenkrankheit. Es überträgt bakterielle DNA zusammen mit Effektorproteinen in Wirtszellen. Diese T-DNA (Transfer-DNA) wird stabil in das Pflanzengenom integriert, und die Expression der darin kodierten Onkogene führt zu Zellproliferation und Tumorbildung. Die Fähigkeit, DNA in das Wirtsgenom zu übertragen, hat A. tumefaciens zu einem der wichtigsten Werkzeuge in der pflanzlichen Gentechnik gemacht. Allerdings sind viele Pflanzenarten weiterhin schwierig zu transformieren, und es ist unklar, woran das liegt. Dies ist auch eine Folge unseres unzureichenden Wissens über die molekularen Voraussetzungen auf Seiten der Wirtszellen. In einer Reihe unabhängiger Experimente haben wir beobachtet, dass eine veränderte Sphingolipidzusammensetzung von Arabidopsispflanzen die Agrobakterien-Transformationseffizienz signifikant beeinflusst. Pflanzliche Sphingolipide wie Glucosylceramide und Glucosylinositolphosphorylceramide (GIPCs) sind vorwiegend in Nanodomänen der Plasmamembran lokalisiert. Frühere Studien in Arabidopsis haben gezeigt, dass Sphingolipide die Funktion von membranständigen Rezeptoren und Calciumkanälen beeinflussen können, welche für verschiedene Signaltransduktionsprozesse wichtig sind. Sphingolipide könnten daher in verschiedenen Phasen der Agrobacterium-Transformation eine Funktion haben, z. B. durch Beeinflussung membranständiger Rezeptoren, die Abwehrreaktionen auslösen, oder durch die Interaktion mit bakteriellen Proteinen des Typ-IV-Sekretionssystems während des T-DNA-Transfers durch die Plasmamembran. Dieses Projekt zielt daher darauf ab, diejenigen pflanzlichen Sphingolipid-Spezies zu identifizieren, die die Agrobacterium-Transformationseffizienz beeinflussen, und die Funktion dieser Lipide während der verschiedenen Transformationsstadien zu charakterisieren. Um die Auswirkungen verschiedener Sphingolipidprofile auf die Transformationseffizienz zu ermitteln, setzen wir einen etablierten in vivo Transformationseffizienztest ein. In diesem werden wir unsere Sammlung von Arabidopsis-Mutantenlinien mit veränderter Sphingolipidzusammensetzung, sowie eine Reihe von pharmakologischen und Temperatur-Behandlungen testen. Zur Identifizierung der relevanten Sphingolipide setzen wir Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie und anschließende Massenspektrometrie (UPLC-MS/MS) ein. Anschliessend werden wir analysieren, in welcher Phase der Transformation diese Lipide beteiligt sind. Dazu werden wir im in vivo System Wachstum, Anheftung und die Expression von Virulenzgenen der Bakterien testen und parallel dazu die Abwehrreaktion der Pflanze und die subzelluläre Lipidzusammensetzung analysieren. Wir erwarten, dass die Charakterisierung dieser Sphingolipid-abhängigen Prozesse in der Wirtszelle unser Verständnis der Mechanismen der Pflanzentransformation durch Agrobakterien entscheidend verbessern wird.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 493 |
| Europa | 22 |
| Global | 1 |
| Land | 33 |
| Wissenschaft | 168 |
| Zivilgesellschaft | 5 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 493 |
| Text | 1 |
| unbekannt | 2 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 1 |
| Offen | 494 |
| Unbekannt | 1 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 467 |
| Englisch | 140 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Bild | 1 |
| Dokument | 4 |
| Keine | 374 |
| Webseite | 122 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 348 |
| Lebewesen und Lebensräume | 495 |
| Luft | 309 |
| Mensch und Umwelt | 496 |
| Wasser | 289 |
| Weitere | 473 |