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s/planzenzucht/Pflanzenzucht/gi

Molecular, genetic and phenotypic analysis of an early-heading mutant in diploid einkorn wheat

In cereal breeding, optimal adaptation to a given environment and subsequently high yield potential is mainly determined by the time of flowering. Time to flowering, however, is commonly affected by a complex interplay between three determinants: photoperiodic and vernalization requirements as well as the intrinsic capability of a cultivar/genotype to flower. The intrinsic capability to flower early is also called 'earliness per se'. Here we would like to investigate an earlyheading mutant from diploid einkorn wheat (T. monococcum L.), line KT3-5, which possesses a single major recessive earliness per se (eps) locus on the very distal end of the long arm of chromosome 3A. During the proposed project we will (i) perform detailed phenotypic analyses and high-resolution genetic mapping of the early-heading mutant KT3-5 in diploid einkorn wheat, (ii) identify and isolate novel grass-specific genes/proteins which affect early spike development, controlling flowering time and spikelet number, and (iii) study the expression pattern, tissue-specificity and function of candidate gene(s) during early spike development. The molecular isolation of genes involved in early spike development will make an important contribution to future fine-tuning of flowering time in small grain cereal crops by providing a better understanding of the developmental genetic processes underlying heading time and spikelet number in wheat and related grasses.

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.

Untersuchungen zur züchterischen Verbesserung der Standfestigkeit bei Dinkel

Dinkel zeichnet sich ursprünglich durch einen langen Halm aus, was häufig zu hoher Lageranfälligkeit führte. Der Dinkelanbau wird im Wesentlichen im ökologischen Landbau betrieben, wo der Einsatz von Wachstumsreglern untersagt ist. So ist in der Dinkelzüchtung die Verbesserung der Standfestigkeit das vorrangige Zuchtziel. Die Standfestigkeit lässt sich einerseits durch Einlagerung von rht-(Zwerg-)Genen aus dem Weichweizenbereich verbessern. Die entstehenden kurzstrohigen und stabilen Linien sind jedoch durch höhere Krankheitsanfälligkeit sowie unerwünschte morphologische und qualitative Weizencharakteristica gekennzeichnet. Bei der Evaluierung umfangreicher Genbanksortimente andrerseits wurden standfeste dinkeltypische Genotypen mit längerem Stroh gefunden diese entsprachen jedoch nicht den Ertragserwartungen. Die bisher in umfangreichen Rückkreuzungsprogrammen entwickelten Zuchtstämme kommen dem Zuchtziel eines längeren und standfesten Halms mit typischem Dinkelcharakter näher, jedoch sind Krankheitsresistenz und Ertragspotential noch zu verbessern. Aus dem Programm wurden in Deutschland die Sorten CERALIO und SCHWABENSPELZ zugelassen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1530: Flowering time control: from natural variation to crop improvement, Zur Temperatur-abhängigen Kontrolle des Blühzeitpunkts durch den Gibberellin-Signalweg und Interaktionen zwischen DELLA Proteinen und APETALA1/VRN1 MADS-Box-Faktoren

Die Temperatur ist ein wichtiger Umweltreiz für die Kontrolle des Blühzeitpunkts bei Pflanzen. In Arabidopsis bewirkt Kälte eine Verzögerung des Wachstums und der Blühinduktion und auf molekularer Ebene führt Kälte zur Akkumulation von DELLA Proteinen, zentralen Repressoren des Wachstums und der Blühinduktion aus dem Gibberellin (GA)-Signalweg. Die DELLA-Abundanz reagiert ziemlich rasch auf Veränderungen der Temperatur und die Effekte der DELLA-Akkumulation können durch GA (Behandlungen) wieder aufgehoben werden. Wir haben kürzlich gezeigt, dass der Arabidopsis MADS-Box Transkriptionsfaktor APETALA1 (AP1) durch direkte Interaktionen mit DELLA Proteinen reprimiert wird. Des Weiteren haben wir Hinweise darauf, dass erhöhte Mengen an AP1 Expression auf molekularer Ebene für die frühe Blüte zweier Arabidopsis-Accessionen in kalten Temperaturen sind. Wir möchten nun die Hypothese testen, dass die erhöhten Mengen an AP1 die inhibitorischen Effekte der DELLA Repressoren in kalten Temperaturen aufheben. Zweitens möchten wir testen, ob das AP1-DELLA regulatorische Modul auch in Getreiden konserviert ist. Bei der Gerste und im Weizen sind die VERNALIZATION1 (VRN1) Proteine, die nächsten Orthologen von Arabidopsis AP1, zentrale Regulatoren der Blühinduktion. Wir möchten daher testen, ob VRN1 aus der Gerste und dem Weizen auch mit den DELLA Proteinen aus diesen beiden Species interagieren können und ob die Kontrolle des Blühzeitpunkts in Antwort auf Temperatur und GA von dieser Interaktion abhängig ist.

Nachhaltig erzeugtes, veganes Vitamin D3 und Cholesterol aus Nierembergia repensl, Teilvorhaben B

KI-basierte Pflanzen-Phänotypisierung zur verbesserten Auswahl ertragreicherer und hochwertigerer Arten

Flowering time, development and yield in oilseed rape (Brassica napus): Sequence diversity in regulatory genes

Flowering time (FTi) genes play a key role as regulators of complex gene expression networks, and the influence of these networks on other complex systems means that FTi gene expression triggers a cascade of regulatory effects with a broad global effect on plant development. Hence, allelic and expression differences in FTi genes can play a central role in phenotypic variation throughput the plant lifecycle. A prime example for this is found in Brassica napus, a phenotypically and genetically diverse species with enormous variation in vernalisation requirement and flowering traits. The species includes oilseed rape (canola), one of the most important oilseed crops worldwide. Previously we have identified QTL clusters related to plant development, seed yield and heterosis in winter oilseed rape that seem to be conserved in diverse genetic backgrounds. We suspect that these QTL are controlled by global regulatory genes that influence numerous traits at different developmental stages. Interestingly, many of the QTL clusters for yield and biomass heterosis appear to correspond to the positions of meta-QTL for FTi in spring-type and/or winter-type B. napus. Based on the hypothesis that diversity in FTi genes has a key influence on plant development and yield, the aim of this study is a detailed analysis of DNA sequence variation in regulatory FTi genes in B. napus, combined with an investigation of associations between FTi gene haplotypes, developmental traits, yield components and seed yield.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1530: Flowering time control: from natural variation to crop improvement, Zusammenhang von Allelkombinationen und Blühzeitpunkt-Phänotyp in der Weinrebe

In der 1. Phase des SPP1530 Programms wurden mehrere QTL-Regionen identifiziert, die den Blühzeitpunkt in der Weinrebe kontrollieren. Erste Ergebnisse weisen auf einen additiven Effekt dieser Loci hin, die in sehr früher bzw. später Blüte resultieren. Um diese genomischen Regionen genauer einzugrenzen und zu analysieren, wird eine stark erweiterte Kreuzungspopulation für Weinreben zur Feinkartierung von QTL genutzt sowie die Hypothese getestet, dass eine bestimmte Kombination von QTL-Allelen und Haplotypen zu einer sehr frühen beziehungsweise späten Blüte führt. Das Projekt wird folgende Schritte beinhalten: (1) Die Nutzung der gesamten heterozygoten Genomsequenzen beider Elternpflanzen der Kreuzungspopulation als Basis für die Untersuchung haplotyp-spezifischer Allelexpression; (2) Identifizierung von Kandidatengenen durch Genotyping-by-sequencing (GBS) an vorselektierten Nachkommen und SNP-Analyse, (3) Charakterisierung ausgewählter Kandidatengene aus den QTL-Regionen durch allel-spezifische RNAseq-Experimente sowie (4) Vernetzung dieser Ergebnisse mit phänotypischen Daten für den Blühzeitpunkt von Nachkommen der Kreuzungspopulation sowie züchterisch relevanten Sorten. Kooperationen mit weiteren Forschergruppen aus dem SPP-Verbund werden zusätzliche Erkenntnisse liefern, z.B. durch die Phylotranskriptom-Analyse zum Zeitpunkt der Blühinduktion. Durch die präzise Vorhersage des Blühzeitpunkts können neue Zuchtlinien generiert werden, die an veränderte klimatische Bedingungen angepasst sind.

Untersuchung zur chemischen Ökologie und Wirtspflanzenselektion des Rübenderbrüsslers Bothynoderes punctiventris (ÖKOBOTHY)

Zielsetzung: Zielstellung des geplanten Projektes ist es einerseits, die Rolle der Duftbouquets von Haupt- und Nebenwirtspflanzen im Wirtpflanzenselektionsprozess von B. punctiventris zu untersuchen und Duftkomponenten mit Lockwirkung zu identifizieren. Der Vergleich ihrer Nahrungseignung für Käfer und Larven zeigt, welche Pflanzen die Vermehrung des Schädlings fördern. Andererseits sollen deterrente, i.e. fraßabweisende Pflanzenextrakte und mineralische Substanzen darauf getestet werden, ob sie nach Applikation auf die Zuckerrübe den Wirtspflanzenselektionsprozeß des Käfers stören oder hemmen können. Arbeitsschwerpunkte: (i) Prüfung der Rolle von Pflanzendüften für die Wirtsfindung von B. punctiventris sowie die Eignung von Haupt- und Nebenwirtspflanzen als Nahrung für Käfer und Larven (ii) Analyse der Pflanzendüfte und Prüfung von Duftkomponenten einzeln und in Kombination mit Grandlure auf ihre Lockwirkung auf B. punctiventris (iii) Identifizierung von Pflanzenextrakten und mineralischen Substanzen mit fraßabweisender Wirkung auf B. punctiventris Bedeutung des Projekts für die Praxis: In den Jahren 2017 bis 2019 verursachte das Massenauftreten von Bothynoderes punctiventris, dem Rübenderbrüssler, enorme Schäden im Zuckerrübenanbau in Ostösterreich. Die Suche nach wirksamen Bekämpfungsmöglichkeiten warf eine Reihe von Forschungsfragen auf, die unter kontrollierten Bedingungen in Laborversuchen untersucht werden sollen. Besonders hilfreich für die Entwicklung erfolgversprechender Bekämpfungsstrategien kann die Klärung offener Fragen zur Wirtspflanzenselektion von B. punctiventris sein. Bis jetzt ist nicht ausreichend geklärt, wie der Käfer seine Wirtspflanzen lokalisiert, ob er junge Rübenpflanzen 'riecht' oder ob ihn andere Sinnesreize leiten. Es ist auch nicht bekannt, ob vielleicht der Duft anderer (Wirts- )Pflanzen die Zuckerrübe an Lockwirkung auf die Käfer übertrifft, ob einzelne Duftkomponenten, die in den Duftbouquets mehrerer Wirtspflanzen vorkommen, für diese Lockwirkung verantwortlich sind und ob diese Duftkomponenten die Wirkung des derzeit verwendeten Lockstoffes Grandlure III-IV verstärken könnten. Weiters gilt es zu untersuchen, ob andere Kultur- oder sonstige Pflanzen dem Rübenderbrüssler Nahrung bieten und die Population auch außerhalb der Rübenfelder erhalten. Um Zuckerrüben vor dem Fraß der Käfer im Frühjahr zu schützen, soll die Wirkung von deterrenten, i.e. fraßabschreckenden Pflanzenextrakte und mineralischen Substanzen geprüft werden, die nach Applikation auf die Jungpflanzen den Wirtspflanzenselektionsprozeß des Käfers stören oder hemmen können. Eine eingehende Untersuchung der Verhaltensweisen des Rübenderbrüsslers ist unabdingbare Voraussetzung für die Entwicklung künftiger umweltfreundlicher, nachhaltiger Bekämpfungsstrategien.

ERA-NET SUSCROP: Gewinnung und Verwertung von Pflanzenfasern aus Brennnesseln in Pappel-Nessel-Mischkulturen auf kontaminierten Böden (NETFIB)

Zielsetzung: Nachwachsende Rohstoffe, wie zum Beispiel Pflanzenfasern, bekommen wegen ihrer vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten zunehmende Bedeutung. Allerdings steht die Kultur von Pflanzen, die für nachwachsende Rohstoffe verwendet werden, wegen des Flächenbedarfs in zunehmender Konkurrenz zu Nahrungs- und Futtermittelpflanzen. Um diese Konkurrenzsituation zu vermindern können für die Produktion von nachwachsenden Rohstoffen auch solche Böden verwendet werden, die auf Grund schlechter Bodenqualität (zum Beispiel auf Grund von Kontamination mit anorganischen und/oder organischen Schadstoffen) nicht für die Kultivierung von Nahrungs- oder Futtermittelpflanzen geeignet sind. Im Projekt NETFIB soll die Eignung von kontaminierten Böden zur Produktion von Brennnesseln für die Fasergewinnung getestet werden. Die Brennnesseln werden dabei in einer Mischkultur mit Pappeln (Agroforestry) kultiviert. Die konkreten Projektziele sind: 1) Selektion von Brennnessel-Sorten, die auf den gewählten Standorten ausreichend Biomasse und gute Faserqualität produzieren 2) Die Eignung von industriell belasteten Flächen für die Nessel-Produktion und der Einfluss der Standort-Faktoren auf Ertrag und Faserqualität 3) Die genaue Charakterisierung der Böden und die Erfassung des Einflusses der Nessel-Pappel-Mischkulturen auf die Bodenqualität 4) Die Wirkung von Bodenzuschlagstoffen (z.B. Kompost) auf Bodenqualität, Ertrag und Faser-Qualität 5) Beurteilung der Faserqualität und der Verwertungsmöglichkeiten Industriell belastete Böden stehen vielfach als Altlasten nicht für die Produktion von Nahrungs- und/oder Futtermittelpflanzen zur Verfügung. Die Bodenqualität und die Bodenfunktionen sind oftmals stark reduziert. Die Produktion von nachwachsenden Rohstoffen stellt einerseits eine Nutzungsmöglichkeit dar, die nicht in Konkurrenz zur Nahrungs- und Futtermittelproduktion steht, andererseits bietet diese Form der Landnutzung auch die Möglichkeit, die Bodenqualität zu verbessern, die Funktionalität der Böden zu erhöhen und insgesamt einen ökologischen Mehrwert für die betroffene, aber auch umgebende Flächen, zu schaffen. Die Ziele dieses Projektes werden in enger Kooperation zwischen Forschungsinstitutionen und Partnern aus der Wirtschaft umgesetzt. Diese enge Kooperation ist die Basis für eine direkte wirtschaftliche Umsetzung der Projektergebnisse. Durch den steigenden Bedarf an Pflanzenfasern am europäischen (und globalen) Markt ist hier ein großes wirtschaftliches Verwertungspotential gegeben.

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