Der Klimawandel wird auch in Europa zu Trockenperioden führen, dieerhebliche Ernteeinbußen verursachen. Darüber hinaus ist zuerwarten, dass chemische Wachstumsregulatoren in derPflanzenproduktion in Zukunft nicht mehr angewendet werden könnenaufgrund ihrer Schädlichkeit für Mensch und Umwelt. Für beideProblembereiche soll in diesem Projekt eine Lösung entwickeltwerden in Form einer neuen Züchtungstechnologie, deren Fokus aufden Wurzeln liegt. Durch ein besser entwickeltes Wurzelsystemwerden Pflanzen in die Lage versetzt, die Bodenwasserressourcenbesser zu nutzen und weniger unter Nachbaukrankheit zu leiden. DerTransfer bakterieller Gene auf Nutzpflanzen auf natürlichem Weg wirdzudem zu kompakteren Pflanzen führen, die mit geringerem Einsatz an chemischen Pflanzenschutzmitteln produziert werden können. In diesem Projekt sollen Wildtypstämme von Rhizobium rhizogenes zum Einsatz kommen, die ein sogenanntes "root inducing" (Ri) Plasmid (u.a. mit den rol Genen) tragen. Die T-DNA auf dem Ri Plasmid wird übertragen und ins Pflanzengenom integriert und verursacht die Bildung von "hairy roots". Aus diesen "hairy roots" lassen sich über In-vitro-Kulturtechniken ganze Pflanzen, sog. Ri Pflanzen regenerieren.Die mit der Ri T-DNA übertragenen Gene führen in diesen Pflanzen zu deutlichen Veränderungen in der Morphologie, darunter verstärkte Wurzelbildung, kompakter Habitus und veränderte Blatt- und Blüteneigenschaften. Die Ri-Pflanzen stellen "prebreeding" Material dar, mit dem in der neuen Züchtungsstrategie Kreuzungen durchgeführt werden. Es schließen sich Selektionsschritte und die molekulare Analyse der Aufspaltung der rol Gene an zur Entwicklung von Sorten mit hoher Pflanzenqualität und starkem Wurzelsystem. Die Projektziele sind: 1) Entwicklung einer biotechnologischen Züchtungsstrategie mittels R. rhizogenes; 2) Optimierung der Pflanzenregeneration aus "hairy roots"; 3) Detaillierte phänotypische Charakterisierung der Ri-Pflanzen (unter- und oberirdischeEntwicklung) 4) Kultur von Ri-Pflanzen mit geringerem Einsatz von Wachstumsregulatoren 5) Prüfung der Ri-Pflanzen unter abiotischem und biotischem Stress (Trockenstress und Nachbaukrankheit); 6) Untersuchung der Vererbung der übertragenen Gene; 7) Implementierung der Nutzung von R. rhizogenes in eineZüchtungsstrategie. Diese Ziele sollen an für dieses Projekt ausgewählten Modellpflanzen realisiert werden, die in Europa wirtschaftlich bedeutend sind (Raps, Sonnenblume, Rose, Apfel, Chrysantheme). Die mit dieser Strategie erstellten Pflanzen gelten nicht als gentechnisch verändert (GMO). Deshalb gibt es zahlreiche Anwendungen der Technologie für Züchtung und nachhaltige Pflanzenproduktion. Zudem werden in diesem mulidisziplinären Ansatz grundlegende genetische Erkenntnisse u.a. zurTransformierbarkeit und zu den Effekten der T-DNA-Gene erarbeitet. Am Ende steht eine neue Züchtungstechnologie, die zu einer nachhaltigen Produktion von gartenbaulichen und landwirtschaftlichen Kulturen führt.
Mykorrhizen sind in der Lage, das Wachstum der Bäume durch erhöhte Aufnahme von Nährstoffen zu verbessern. Im Gegensatz zu Phosphat und Nitrat, ist nur wenig über die Bedeutung der Mykorrhiza für die Aufnahme und den Metabolismus von Schwefel bekannt, obwohl schwefelhaltige Stoffe eine wichtige Rolle bei Rhizobiumwurzel Symbiose spielen, die in vielen Aspekten ähnlich zu Mykorrhizierung ist. Ziel des Projekts ist es, Gene des Schwefelhaushalts von Wurzeln zu identifizieren, die bei der Wechselwirkung Wurzelpilz eine Rolle spielen, und deren Expression und Regulation zu analysieren. Als Modellsystem soll dabei die Pappel und der Pilz Amanita muscaria eingesetzt werden. In diesem Modellsystem soll die Hypothese überprüft werden, dass der Pilz die Sulfatversorgung der Pflanze durch eine erhöhte Aufnahme sowie einen intensiven Austausch mit der Wurzel verbessert und, in Analogie zu Rhizobien, dem Pilz von der Pflanze reduzierter Schwefel in Form von Glutathion zur Verfügung gestellt wird. In der ersten Phase wird der Einfluss der Schwefel- und Stickstoffernährung auf die Expression der Gene des Schwefel-Metabolismus in Pappel und im Pilz untersucht. Weiterhin soll der Einfluss der Modulation des Schwefelhaushalts in Pappeln durch genetische Manipulation auf die Wechselwirkung im Schwefelhaushalt zwischen Wurzel und Pilz analysiert werden.
'Das Ziel des beschriebenen Projekts ist die Entschlüsselung des gemeinsamen Kontrollmechanismus, der der Phosphatmangelantwort sowie der Entwicklung der arbuskulären Mykorrhiza (AM) in der Modellleguminose Lotus japonicus zugrunde liegt. Bei geringer Verfügbarkeit von Phosphat (Pi) kann die AM die Pi Aufnahme verbessern. Eine hohe Pi Verfügbarkeit hat jedoch einen negativen Einfluss auf die Entwicklung der AM Symbiose. Die Regulationsmechanismen dazu sind weitgehend unbekannt. Hier soll die duale Funktion des Transkriptionsfaktors PHR1 bei der Regulation der Gene der Pi-Mangelantwort und bei der Kontrolle der Symbiosomentwicklung untersucht werden, wobei das Symbiosom der Ort des gegenseitigen Stoffaustausches in der AM ist. Im ersten Teilprojekt werden PHR1-regulierte und PHR1-unabhängige Gene aus der Pi-Mangelantwort (PSI Gene) mit Hilfe einer phr1 Mutante und PHR1 ektopisch-expimierenden Pflanzen identifiziert. In einem zweiten Teilprojekt werden Gemeinsamkeiten bei der Regulation der AM-spezifischen Antwort und der PSI Gene aufgezeigt werden. Dazu werden die oben beschriebenen Mutanten physiologisch untersucht und die PHR1-regulierten, AM-spezifischen Gene identifiziert. Im Rahmen eines dritten Teilprojektes wird ein cis-aktiver regulatorischer Cluster bestehend aus den beiden cis-Elementen CTTC und P1BS untersucht, der AM-spezifische Pi Transportergene reguliert. Insgesamt soll das regulatorische Netzwerk zur Kontrolle der Pi-abhängigen Symbiosomentwicklung in der AM entschlüsselt werden. '
Die Exsudation von Nähr-, Signal- und Giftstoffen durch die Pflanzenwurzel in die Rhizosphäre erzeugt eine selektive Umgebung für Mikroorganismen. Unser Verständnis der molekularen Mechanismen, durch welche die Interaktion zwischen Pflanzenzellen und wurzelassozierten Mikroben durch Wurzelexsudate beeinflusst werden, ist noch sehr gering. Wir untersuchen die mechanistischen Prinzipien der Wurzelexsudat-geförderten Interaktionen in der Rhizosphäre mit einem interdisziplinären Forscherteam aus Experten der mikrobiellen Ökologie, der chemischen Analyse, der pflanzlichen Symbiosen, Pflaneznphysiologie und -Genetik. Wir suchen nach spezifischen Verknüpfungen zwischen pflanzlichen Metaboliten und mikrobiellen Zielgenen, die fördernd oder unterdrückend auf die bakterielle Kompetitivität in der Rhizospäre, das Eindringen in die Wurzel und auf das Pflanzenwachstum durch bakterielle Aktivität Einfluss nehmen. Als Wirtspflanze nutzen wir die Modellleguminose Lotus japonicus, in Kombination mit den gut untersuchten mikrobiellen Symbionten, Rhizobien und arbuskulären Mykorrhizapilzen und kleinen synthetischen mikrobiellen Gemeinschaften (SynComs). Desweiteren untersuchen wir von L. japonicus Wurzeln isolierte Stämme des Genus Acidovorax, die starke Unterschiede in ihrer Wirkung auf das Wachstum der Wirtspflanze L. japonicus aufwiesen.
Der Anbau von Leguminosen stellt besonders in der Bio-Landwirtschaft ein wesentliches Element dar. Zum einen sind Leguminosen ein wichtiger Bestandteil der Fruchtfolge, speziell in viehlosen Ackerbaubetrieben, da sie durch ihre Fähigkeit, Stickstoff in Symbiose mit Knöllchenbakterien zu binden und somit den Mangel an diesem Nährstoff ausgleichen können und ihn für Folgekulturen nutzbar machen. Jedoch bedingen sie größere Fruchtfolgeabstände als zum Beispiel Getreide. Darüber hinaus spielen Körnerleguminosen als qualitativ hochwertige Quellen für Protein und Fett im Futter speziell von Monogastriern eine tragende Rolle und tragen somit zur geschlossenen Kreislaufwirtschaft bei. Durch die verbreitete Kultivierung von Körnerleguminosen soll eine vollständige Eigenversorgung mit Protein in Österreich angestrebt werden, und so eine Unabhängigkeit von Importen erreicht werden. Die durch inländische Produktion abdeckbare Versorgung erreicht derzeit maximal dreiviertel des Bedarfs. Daneben sind die Kulturen Sojabohne und Lupine auch für die menschliche Ernährung sehr gut einsetzbar und Lieferanten von qualitativem Eiweiß. Für das Wachstum, die Qualität und einen dementsprechenden Ertrag sowie effizienter Nutzung von Stickstoff sind Phosphor und Schwefel sehr bedeutend. Phosphor ist ein essentielles Element für alle Lebewesen und wird auch in der Biologischen Landwirtschaft als Dünger angewendet, welcher derzeit aus endlichen mineralischen Ressourcen gewonnen wird. Im Boden beziehungsweise in den meisten verfügbaren Düngern liegt es in Form von Phosphaten vor und wird in dieser Form über die Wurzeln aus dem Boden aufgenommen. Eine wesentliche Rolle spielt dabei hier die Symbiose mit Mykorrhizapilzen. Ein weiterer wichtiger Weg zur Aufschließung von Phosphat in pflanzenverfügbare Form spielt Schwefelsäure. Der als Elementarschwefel ausgebrachte Dünger wird über Thiobakterien in pflanzenverfügbare Form umgebaut. Die Schwefelsäure ermöglicht auch einen besseren und schnelleren Aufschluss des Phosphors, damit dieser besser für die Pflanzen verfügbar ist. Phosphor spielt im Energietransfer der Pflanze eine sehr grundlegende Rolle und behindert bei einem Mangel das über- und unterirdische Wachstum sowie Bestocken der Pflanzen, den Prozess der Photosynthese, Ein- und Verlagerung von Zucker sowie vieles mehr. Ein Mangel kann sich weiters auch in rötlicher Verfärbung der Blätter zeigen, hervorgerufen durch Anthocyane. Andererseits wird bei manchen Pflanzen das Wurzelwachstum durch Phosphormangel teils sogar verstärkt. Speziell bei Leguminosen ist der Bedarf an Phosphor für die Wurzelentwicklung und den Energiehaushalt erhöht gegenüber zum Beispiel Pflanzen aus der Familie der Süßgräser. Phosphor liegt im Boden in beträchtlicher Menge häufig gebunden vor und obwohl Pflanzen spezielle Strategien haben ihn zu lösen, ist nur ein kleiner Teil davon direkt für das Wachstum verfügbar. (Text gekürzt)
Problemstellung: Erhöhte atmosphärische CO2-Konzentrationen führten in einem Freilandexperiment (Swiss FACE) in den ersten 2 bis 3 Jahren zu einer Anreicherung von gebundenem Kohlenstoff ins Ökosystem. Parallel dazu nahm die symbiotische N2-Fixierung stark zu. Erste Untersuchungen haben gezeigt, dass sich die genetische Zusammensetzung der Rhizobienpopulation unter erhöhtem atmosphärischen CO2 verändern kann. In den letzten Jahren konnte jedoch bei erhöhten CO2-Konzentrationen keine weitere Stimulation der symbiotischen N2-Fixierung festgestellt werden. Offen ist, ob eine Anpassung der Rhizobien an die veränderten CO2-Bedingungen erfolgt ist. Innerhalb des Projektes soll untersucht werden, ob eine genetische und physiologische Anpassung der symbiontischen Rhizobien an erhöhte atmosphärische CO2-Konzentrationen erfolgt ist.
Im Natur-Park bietet sich die einzigartige Gelegenheit, die Waldentwicklung auf einer innerstädtischen Brache zu verfolgen. Bisher dominierten Gehölze wie Birken und Robinien, die sich bereits in der Pionierphase im Schotter angesiedelt haben. Entlang der Bahnstrecken wuchsen Apfelbäume auf, die man im Tälchenweg hier und da noch finden kann. Die Birke ist häufig die erste Baumart, die auf Brachflächen Fuß fasst. Ihre leichten Samen werden vom Wind weit verbreitet. Auch die Robinie gehört zu den Pionierarten auf nährstoffarmen Standorten. Ihr hilft dabei eine Symbiose im Wurzelbereich, die sie mit Knöllchenbakterien eingeht. Diese Mikroorganismen sind in der Lage, Luftstickstoff zu binden und den Baum mit diesem Nährstoff zu versorgen. Der herbstliche Laubfall trägt unter anderem dazu bei, den Boden zu düngen. Nährstoffliebende Bäume wie Linde, Spitzahorn und Stieleiche sind inzwischen hinzugekommen und werden die erste Baumgeneration ablösen. Der Wald verändert sich. Der urwüchsige Wald übt eine besondere Faszination aus und soll sich weitgehend ungestört entwickeln. Kletterpflanzen wie Wilder Wein und Waldrebe überziehen Büsche und Bäume und bilden ein urwaldähnliches und undurchdringliches Dickicht. Werden absterbende Bäume in der Nähe von Wegen jedoch zur Gefahr, müssen sie gefällt werden. Am Rand der Lichtungen werden einzelne Gehölze entfernt, um den Schattendruck zu verringern und die offene Fläche zu erhalten. Mehr als zwei Drittel der einst gehölzfreien Bahnbrache sind heute bewaldet. Davon profitieren Arten, die lichte Laubwälder besiedeln, wie der Fitis. Nachtigall, Mönchsgrasmücke und Rotkehlchen fühlen sich im Unterholz wohl. Im dichten Gebüsch hält sich der Zaunkönig verborgen, dessen schmetternder Gesang aus Trillern und Rollern überrascht, denn er ist mit einer Körperlänge von circa zehn Zentimeter der drittkleinste Vogel Europas. Rotfuchs und Eichhörnchen sind hier regelmäßig anzutreffen. Sie haben als Kulturfolger im gesamten innerstädtischen Siedlungsraum ein gutes Auskommen gefunden. Auch das Vorkommen der Punktierten Zartschrecke zeigt, dass der Wald auf dem Vormarsch ist. Aber nicht alle Arten profitieren davon. Der Bestand der Arten, die das Offenland bewohnen – wie zum Beispiel die Dorngrasmücke, nimmt ab.
Ineffektive Wurzelknöllchen treten häufig auf landwirtschaftlich genutzten Feldern auf und sind damit ursächlich für eine geringe Verbreitung von Hülsenfrüchten in landwirtschaftlichen Bereichen. Die Effektivität von Wurzelknöllchen ist das Produkt mehrerer Faktoren, die von der inhärenten Fähigkeit von Rhizobien, Stickstoff zu binden, bis zu ihrer Kompatibilität mit dem Wirt reichen. Wie andere wurzelassoziierte Mikroben die Wurzelknöllchenfunktion beeinflussen, wurde bisher nicht gründlich untersucht. In der ersten Förderperiode haben wir gezeigt, dass i) obwohl Lotus- Wurzelknöllchen verschiedener Arten und Bodeninokula von Rhizobiales-Bakterien dominiert werden, die Diversität und die genaue Zusammensetzung stark variieren können, ii) die Wurzelknöllchenzusammensetzung hauptsächlich vom Inokulum abhängt, aber der Wirtsgenotyp und Gesundheitszustand ebenfalls dazu beitragen, iii) L. burttii promiskuitiver als andere Lotus Pflanzen ist, was zur Bildung unwirksamer Wurzelknöllchen führen kann, iv) gesunde L. burttii-Wurzelknöllchen mit Pseudomonas angereichert sind und v) co-isolierte Wurzelknöllchenendophyten das Wachstum auf hostspezifische Weise fördern. In der zweiten Förderperiode wollen wir untersuchen, wie Wurzelknöllchenendophyten die Wurzelknöllchenfunktion durch Wechselwirkungen mit Rhizobien und dem Wirt beeinflussen.Für diese Versuche werden wir einen reduktionistischen Ansatz auf Grundlage der Rekonstruktion synthetischer mikrobieller Gemeinschaften in gnotobiotischen Systemen verwenden. In einer interdisziplinären Studie werden wir mit Hilfe mikrobiologischer, bioinformatischer und genetischer Methoden i) Wurzelknöllchenendophyten, die die Bildung wirksamer Wurzelknöllchen fördern, identifizieren und charakterisieren und ii) die genetischen Determinanten finden, die der wirtsspezifischen Wachstumsförderung durch Wurzelknöllchenendophyten zugrunde liegen. Dieses interdisziplinäre und gemeinschaftliche Projekt wird uns helfen, die Bildung wirksamer Wurzelknöllchen zu verstehen und damit zukünftige landwirtschaftliche Praktiken zu verbessern, um die Etablierung ineffektiver Wurzelknöllchen-Symbiosen zu vermeiden.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 82 |
| Land | 5 |
| Type | Count |
|---|---|
| Ereignis | 1 |
| Förderprogramm | 80 |
| Text | 6 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 6 |
| offen | 81 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 82 |
| Englisch | 12 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Datei | 1 |
| Dokument | 2 |
| Keine | 74 |
| Unbekannt | 2 |
| Webseite | 11 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 87 |
| Lebewesen und Lebensräume | 74 |
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| Weitere | 87 |