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ERA-NET SUSCROP: Entwicklung von standfestem und klimaangepasstem Roggen - ein Beitrag zur nachhaltigen Getreideproduktion in marginalen Umwelten ()RYE-SUS)

Roggen ist in Europa ein traditionelles Brotgetreide und eine wertvolle Energie- und Eiweißquelle für das Vieh. Die Anbauflächen von Roggen sind in Europa in den letzten Jahrzehnten allerdings kontinuierlich gesunken und dadurch verringerte sich auch die Diversität am Feld und am Teller bzw. im Trog. Weizen, Mais und Gerste dominieren heute als Nahrungs- bzw. Futtermittel. Das Ziel von RYE-SUS ist eine nachhaltige Steigerung und Sicherung der Roggenproduktion ohne Erhöhung des Wasser- und Düngemitteleinsatzes, vor allem auch in Produktionsrandlagen die für die Weizenproduktion ungeeignet sind. Erreicht wird dies durch eine Veränderung der Pflanzenarchitektur. RYE-SUS wird neuartige Gibberellin-sensitive Halbzwerg-Roggen mit optimiertem Ernteindex, hohem Ertragspotential, verbesserter Standfestigkeit, verbesserter Dürretoleranz und geringer Anfälligkeit für Mutterkorn entwickeln. RYE-SUS wird die Wettbewerbsfähigkeit von Roggen in der europäischen und kanadischen Landwirtschaft verbessern durch: (i) die Nutzung der Hybridzüchtung: Roggen ist fremdbefruchtend (offen abblühend). Die Selbstinkompatibilität gewährleistet eine hohe Durchkreuzung innerhalb einer Population. (ii) die Steigerung der zielspezifischen Selektionseffizienz und Beschleunigung der Züchtungsprozesse durch genombasierte Präzisionszucht: Ein kürzlich entwickelter 20k SNP-Array für Weizen, Roggen und Triticale wird zur Erstellung genomweiter Fingerabdrücke verwendet. (iii) die Verbesserung der Standfestigkeit, Frost- und Dürretoleranz sowie der Nährstoffeffizienz: durch die Einkreuzung des Kurzstrohgenes Ddw1 wird nicht nur die Wuchshöhe verringert und die Standfestigkeit verbessert, sondern auch die Assimilatumlagerung ins Korn erhöht. (iv) die Reduktion toxischer Mutterkornalkaloide im Erntegut: eine ausreichend hohe Pollenproduktion in den RYE-SUS Experimentalhybriden wird durch die markergestützte Introgression der Restorergene Rfp1, Rfp2 und Rfp4 gewährleistet. (v) die Nutzung natürlicher Genetik und die Entwicklung neuer molekularer Technologien: die genomweite Genotypisierung und die intensive Phänotypisierung an mehreren europäischen sowie kanadischen Standorten ermöglichen das Auffinden von Genregionen die für wichtige Merkmale des Roggens verantwortlich sind und (vi) die Entwicklung eines Wachstumsmodells für Roggen welches eine nachhaltige und optimierte Kulturführung von Roggen ermöglichen wird: erstmals wird für Roggen ein Wachstumsmodell entwickelt welches auch die Auswirkungen des Klimawandels auf die Roggenproduktion erfassen wird. Dafür wird ein bereits etabliertes Wachstumsmodell für Weizen durch umfangreiche Datensätze mit standortspezifischen Boden- und Tageswetterdaten, Aussaatterminen, Düngeintensitäten, Erntemanagementdaten, morphologische Daten sowie Daten zu Ertrag und Ertragskomponenten aus Langzeitversuchen an diversen Standorten in Deutschland und Europa angepasst. (Text gekürzt)

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

Eignung von Phragmites als nachwachsender Rohstoff

Die oekologische Versuchsfarm des Instituts fuer Oekologie der Pflanzen im ariden Suedwesten Afrikas wird von einem Salzfluss durchschnitten, dessen Flussbett und Flussufer auf ca 10 km Laenge und 200 m Breite von dichten Phragmites-Bestaenden bewachsen wird. An diesen Bestaenden werden produktionsbiologische Untersuchungen durchgefuehrt mit dem Ziel, die Eignung von Phragmites australis als nachwachsender Rohstoff zu charakterisieren.

Die Qualitaet pflanzlicher Oele und ihre zuechterische Verbesserung

Die Versorgung der Bevoelkerung mit ernaehrungsphysiologisch hochwertigen Pflanzenfetten ist ein wichtiges Anliegen zur Gesunderhaltung der Menschen. Mit dem Ziel der Verbesserung der Fettsaeuremuster in den wichtigsten oelliefernden Pflanzen wird gearbeitet mit: Winterraps, Sommerraps, Rueben, Lein, Sojabohnen, Sonnenblumen.

Entwicklung von Biomasse-Sonnenblumen

Seit Inkrafttreten des 'Erneuerbaren Energie Gesetzes' im Jahr 2000 hat die Erzeugung und Nutzung von Biogas erheblich zugenommen. In zunehmendem Maße werden als Gärsubstrate Nachwachsende Rohstoffe eingesetzt. Verwendet werden hierbei Pflanzenarten bzw. Fruchtfolgen, die einen möglichst großen Trockenmasseertrag liefern. In einer Energiepflanzenfruchtfolge wäre die Stellung der Sonnenblume nach einer früh geernteten Winterung (z. B. Roggen-Ganzpflanzensilage) sinnvoll. Mit diesem Projekt soll geklärt werden, ob es möglich ist, Sonnenblumen zu konkurrenzfähigen Biomassepflanzen zu entwickeln.

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

Neue Quellen zur Erstellung hochölsäurehaltiger Sonnenblumen

Im Gegensatz zu klassischen Sonnenblumen enthalten HO-Sonnenblumen ein Öl mit einem Anteil der Ölsäure (C18:1) von über 75 Prozent. Gleichzeitig ist der Gehalt an Linolsäure (C18:2) deutlich reduziert. HO-Öl kann sowohl im Nahrungsmittelbereich, als Brat-, Frittierfett oder Salatöl, als auch in technisch-chemischen Anwendungen, z.B. für Tenside in Waschmitteln, oder zur Erstellung von Kunststoffen, verwendet werden. Im Rahmen eines Kooperationsprojektes mit der LSA wurde am Institut für Molekulare Physiologie und Biotechnologie der Pflanzen (IMBIO) der Universität Bonn (Arbeitsgruppe Prof. H. Schnabl) eine partielle Protoplastenfusion zwischen H. maximiliani und H. annuus durchgeführt. Die aus der Fusion entstandenen Pflanzen (P0) wurden in Bonn getestet. Die P1-Generation wurde ab 2002 an der Landessaatzuchtanstalt (LSA) weitergeführt. An den P2-Samen wurden Fettsäureanalysen durchgeführt. Dadurch wurden zwei Pflanzen (HO-Max1, HO-Max2) gefunden, die erhöhte Ölsäuregehalte aufwiesen (größer 80 Prozent). Beide Pflanzen gehen auf unterschiedliche Fusionsprodukte zurück. Im Sommer 2003 wurden Samen weitergeführt, die zuvor mittels Halbkornanalytik auf hohen Ölsäuregehalt selektiert wurden. Um herauszufinden, ob sich diese Pflanzen von den beiden weiteren HO-Quellen der Sonnenblume (Pervenets, HA435) unterscheiden, wurden Kreuzungen zwischen Pflanzen mit unterschiedlichen HO-Quellen durchgeführt. Stand der Arbeiten: Die bisher vorliegenden Ergebnisse deuten auf unterschiedliche, aber eng gekoppelte Gene hin, die in den unterschiedlichen HO-Quellen verantwortlich sind für die Ausprägung des Merkmals hochölsäurehaltig.

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

Erhaltung und Nachzucht seltener Baum- und Straucharten

Ziel des Projektes ist die langfristige Sicherung und Erhaltung von Vorkommen seltener Baumarten, sowie die Etablierung neuer/verjüngter Vorkommen an geeigneten Standorten. Zunächst erfolgt die Evaluierung, Auswahl und Beerntung erhaltungswürdiger Bäume aus südwest-deutschen Wald- und Feldvorkommen (insbes. Elsbeere, Speierling, Wildapfel, Wildbirne, Schwarzpappel, Ulme, Walnuss und Eibe; außerdem Straucharten) mit entsprechender Dokumentation. Anschließend erfolgt eine vegetative und generative Weitervermehrung zum Aufbau von Erhaltungs-Klonsammlungen bzw. zum Aufbau von Erhaltungs-Samenplantagen, (ex-situ Generhaltung). Parallel dazu werden o.g. seltene Baumarten vegetativ und generativ mit 1- bis 3-jähriger Kulturzeit nachgezogen und an interessierte bzw. am Evaluierungsprozess beteiligte Forstämter abgegeben (in-situ Generhaltung) und dort langfristig weiterbeobachtet.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1530: Flowering time control: from natural variation to crop improvement, Genetische Ursachen des Schossens in Beta Arten und die Züchtung von Winterzuckerrüben

Zuckerrüben sind zweijährige Pflanzen, die nach einer längeren Phase niedriger Temperaturen mit dem Schossen beginnen. Damit sind sie für eine Aussaat vor dem Winter ungeeignet. Schossresistente Winterrüben haben theoretisch ein deutlich höheres Ertragspotenzial und könnten so zu einer interessanten Alternative für die Rübenproduktion werden. Neulich wurden von uns zwei wesentliche Schossregulatoren identifiziert (BTC1 und BvBBX19). Vermutlich regulieren beide gemeinsam die Expression der stromabwärts gelegenen Blühgene BvFT1 und BvFT2. In diesem Projekt werden diese Schossregulatoren in Zusammenarbeit mit Projektpartnern im SPP1530 sowohl in Zuckerrübe als auch in transgenen Arabidopsis-Pflanzen funktionell analysiert. Während BTC1-überexprimierende Zuckerrüben mit einer Transgen-Kopie nach Winter schossen, ist in transgenen Pflanzen mit größer als 1 Kopie die BTC1-Expression nahezu vollständig herunterreguliert, so dass diese auch nach Winter nicht schossen. Als Grund vermuten wir Cosuppression des nativen Gens durch die neu hinzugefügten Kopien. Diese Ergebnisse stellen eine gute Grundlage für die Züchtung von Winterzuckerrüben dar. Innerhalb dieses Projektes werden Hybriden erzeugt, die über zwei BTC1- Transgene verfügen und in denen durch Cosuppression die Expression aller BTC1-Kopien stark herunter reguliert wird. Im Folgenden werden diese Hybriden in der Klimakammer, im halboffenen Gazehaus sowie unter Feldbedingungen über Winter angebaut. Parallel dazu werden in einem zweiten Experiment doppelt rezessive btc1 und Bvbbx19 Zuckerrüben mit einer deutlich ausgeprägten Schossverzögerung nach Winter erzeugt. Da diese Pflanzen nicht transgen sind, können sie ohne weiteres von Züchtern genutzt werden. Darüber hinaus ziehen wir Zuckerrüben unter standardisierten Bedingungen in einer Klimakammer an, um aus den Sproßmeristemen RNA zu isolieren. Diese Arbeiten sind Grundlage für ein Phylotranskriptom-Experiment, welches von dem Partner Prof. I. Grosse im Rahmen des SPP 1530 koordiniert wird.

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