Die kürzlich beendete IODP Exp. 385 (Guaymas Basin Tectonics and Biosphere, Sept.-Nov. 2019) bohrte acht Stellen im Guaymas Basin, einem jungen Rift Becken im Golf von Kalifornien, das sich durch aktiven Vulkanismus und hohe Ablagerungsraten von organisch reichen Sedimente auszeichnet, bedingt durch die hohe Primärproduktivität im darüber liegenden Wasser, sowie dem starken Eintrag von terrigenen Sedimenten. Die Expedition erbohrte Kerne mit organisch reichen Sedimenten die von vulkanischen Sills unterbrochen werden. Die Mikrobiologie war eines der zentralen Forschungsthemen dieser Expedition. Ein großer Probensatz zur Quantifizierung von Sulfatreduktionsraten, dem quantitativ wichtigsten Elektronenakzeptorprozess in marinen Sedimenten, wurde gesammelt und befindet sich nun am GFZ. Das vorgeschlagene ThermoSill-Projekt wird sich zunächst auf die allgemeinen Eigenschaften der mikrobiellen Sulfatreduktion in diesen Kernen sowie auf die Auswirkungen von Druck und Temperatur konzentrieren. Die Bohrkerne wiesen sehr unterschiedliche geothermische Gradienten von 200 bis über 800 Grad C / km auf, und die an Bord gemessenen geochemischen Daten weisen bereits auf eine große Vielfalt biogeochemischer Prozesse hin. In Tiefseesedimenten, insbesondere solchen, die solche in großer Sedimenttiefe und daher hoher in-situ Temperatur, sind organische Substrate wie kurzkettige organische Säuren im Allgemeinen ein begrenzender Faktor. Da die Sedimente im Guaymas-Becken hydrothermal beeinflusst werden, liefert die thermogene Aufspaltung von makromolekularen organischen Substanzen im Sediment reichlich mikrobielle Substrate. ThermoSill wird untersuchen, ob dieses große Angebot an Substraten zu einem bevorzugten Abbau bestimmter Substrate führt und damit wird damit einen Beitrag zum Verständnis der Prozesse an der oberen Temperaturgrenze des Lebens liefern. Besonderes Augenmerk wird auf die anaerobe Oxidation von Methan gelegt. Im letzten Teil des Projekts wird das Eindringen von Sills in Sedimente und der damit einhergehende Temperaturanstieg im umgebenden Sediment durch Heizexperimente simuliert. Diese Experimente werden von Pyrolyseexperimenten und kinetischen Modellen begleitet, um zu testen, ob eine solche kurzzeitige Erwärmung die mikrobielle Gemeinschaft über geologische Zeitskalen hinweg beeinflussen kann. Das vorgeschlagene Projekt ist direkt relevant für die Ziele der Expedition. Es ist auch eine Ergänzung zu einem laufenden Projekt, das die Auswirkungen von Druck und Temperatur auf die mikrobielle Sulfatreduktion in nicht hydrothermal beeinflussten Sedimenten aus dem Nankai-Trog (IODP. Exp. 370) untersucht.
This project aims to characterize, map, analyze and date recently discovered loess-palaeosol sequences from NE Armenia. These sequences have proved to be especially rewarding because of their thickness (up to 45 m) and the presence of diagnostic tephra layers. The project seeks to derive a standard profile for NE Armenia and thus for the Lesser Caucasus. We will use luminescence technologies to date the loess sections, environmental magnetism to understand soil development, mineralogy to constrain provenance and weathering-potential, and terrestrial Mollusca and biomarkers to evaluate different vegetation formations.
In the Bavarian Forest National Park a brief, but intense storm event on 1 August 1983 created large windfall areas. The windfall ecosystems within the protection zone of the park were left develop without interference; outside this zone windfall areas were cleared of dead wood but not afforested. A set of permanent plots (transect design with 10 to 10 m plots) was established in 1988 in spruce forests of wet and cool valley bottoms in order to document vegetation development. Resampling shall take place every five years; up to now it was done in 1993 and 1998. On cleared areas an initial raspberry (Rubus idaeus) shrub community was followed by pioneer birch (Betula pubescens, B. pendula) woodland, a sequence well known from managed forest stands. In contrast to this, these two stages were restricted to root plates of fallen trees in uncleared windfalls; here shade-tolerant tree species of the terminal forest stages established rather quickly from saplings that had already been present in the preceeding forest stand. Soil surface disturbances are identified to be causal to the management pathway of forest development, wereas the untouched pathway is caused by relatively low disturbance levels. The simulation model FORSKA-M is used to analyse different options of further stand development with a simulation time period of one hundred years.
Plant sterols, also called phytosterols, comprise a group of plant steroidal compounds. They are of interest because they play a crucial role in plant growth and development and as part of the human diet they are known for their blood cholesterol-lowering effects. High phytosterol contents occur in seeds of oilseed crops, the relevance of which remains hitherto unknown. In contrast to Arabidopsis nothing is know about the genes governing phytosterol content in Brassica species. In previous work, a large genetic. variation for phytosterol content has been found among German winter oilseed rape (Brassica napus) cultivars. So far no information is available on total phytosterol contents or individual components in Indian mustard B. juncea. Suitable segregating doubled haploid populations of B. napus, and of B. juncea have already been developed and will be used in the present project to map QTL for individual and total seed phytosterol content as well as for other seed quality traits. Key candidate genes of the phytosterol biosynthetic pathway with known sequences from Arabidopsis will be sequenced from the progenitor species Brassica rapa, Brassica nigra and Brassica oleracea to develop locus specific PCR primers. Those locus specific primers will be used to sequence the pertinent alleles in the respective amphidiploid species B. napus and B. juncea. Allelic sequence differences between the parents of the doubled haploid populations will be used to map the candidate genes. Results will reveal if positions of candidate genes overlap with those of QTL for phytosterol content and if genetic variation in phytosterol content is related to variation in other seed quality traits.
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.
Durum wheat is mainly grown as a summer crop. An introduction of a winter form failed until now due to the difficulty to combine winter hardiness with required process quality. Winter hardiness is a complex trait, but in most regions the frost tolerance is decisive. Thereby a major QTL, which was found in T. monococcum, T.aestivum, H. vulgare and S.cereale on chromosome 5, seems especially important. With genotyping by sequencing it is now possible to make association mapping based on very high dense marker maps, which delivers new possibilities to detect main and epistatic effects. Furthermore, new sequencing techniques allow candidate gene based association mapping. The main aim of the project is to unravel the genetic architecture of frost tolerance and quality traits in durum. Thereby, the objectives are to (1) determine the genetic variance, heritability and correlations among frost tolerance and quality traits, (2) examine linkage disequilibrium and population structure, (3) investigate sequence polymorphism at candidate genes for frost tolerance, and (4) perform candidate gene based and genome wide association mapping.
Im Jahre 2011 wurde von Wissenschaftlern die internationale i5K-Initiative ins Leben gerufen (Robinson et al. 2011). Die Initiative verfolgt das ehrgeizige Ziel, innerhalb der kommenden fünf Jahre die Genome von 5.000 Insektenarten zu sequenzieren und zu analysieren. Der Schwerpunkt der Sequenzierung soll auf Arten liegen, die weltweit von herausragender Bedeutung in der Landwirtschaft (Schädlinge, Nützlinge), der Medizin (Krankheitserreger, Produzenten pharmazeutischer Wirkstoffe) und der Grundlagenforschung sind. Ebenso sollen Arten, welche für die Aufrechterhaltung von Ökosystemen und/oder für das Verständnis der Biologie und der Evolutionsgeschichte der Insekten wesentlich sind, sequenziert werden. Die i5K-Initiative ist für Wissenschaftler aus der ganzen Welt offen und versucht, Spezialisten aus den unterschiedlichsten Disziplinen (u. a. der Molekularbiologie, Genetik, Physiologie, phylogenetischen Systematik, Faunistik, Bioinformatik und der Datenbankverwaltung) zusammenzubringen. Aus dem Zentrums für molekulare Biodiversitätsforschung (zmb) wurden Dr. Oliver Niehuis, Leiter des Molekularlabors und der Sektion Genomik, und Prof. Dr. Bernhard Misof, Leiter des zmb, in die i5K-Koordinationgruppe gewählt. Zusammen mit anderen Wissenschaftlern des zmb widmen sie sich innerhalb der i5K-Initiative der Frage nach dem Ursprung und der Evolution der geflügelten Insekten.
Mikrosporenembryogenese und doppelhaploide (DH) Linien spielen heute eine große Rolle in der praktischen Züchtung, vor allem aber in der Forschung. Andererseits ist wenig über die genetischen Mechanismen bekannt, die die verschiedenen limitierenden Schritte in der Herstellung von DH-Linien - embryogenes Potential, Diploidisierungsrate und die Rate der 'Direkten Embryo- Pflanze Konversion' - kontrollieren. Aufbauend auf der Beobachtung, dass sich unterschiedliche Genotypen von Raps stark in der Effizienz der Herstellung von DH-Linien unterscheiden sollen daher in dem vorgeschlagenen Vorhaben mit Raps als Modellobjekt genetische Faktoren kartiert werden, die diese Schritte kontrollieren. Dazu sollen zunächst mit Hilfe von AFLP-Markern Genomregionen mit gestörten Spaltungen in aus Mikrosporen entwickelten spaltenden Populationen, die verschiedene Stadien der DH-Entwicklung repräsentieren und einen bzw. mehrere der o.g. limitierenden Schritte durchlaufen haben, bestimmt werden. Die Effekte dieser Regionen auf die verschiedenen limitierenden Schritte sollen anschließend in geeigneten intervarietalen Substitutionslinien verifiziert werden. Darüber hinaus sollen die Positionen der kartierten Faktoren mit der Lage von Kandidatengenen für die Mikrosporenembryogenese im Rapsgenom verglichen werden um Genloci zu identifizieren, die ursächlich mit dem embryogenen Potential zu tun haben. Dazu sollen die verschiedenen Loci der Kandidatengene aus dem polyploiden Rapsgenom amplifiziert und sequenziert werden. Aufbauend auf den Sequenzen werden dann Marker entwickelt und die Loci kartiert.
In der aquatischen Umwelt zeigen Pilze starke Interaktionen zu einer Vielzahl anderer Organismen, darunter Algen, Metazoen und Bakterien, die die pilzliche Diversifizierung vorangetrieben haben. Die Pilzevolution begann frühzeitlich in der aquatischen Umwelt. Die Verbindungen mit anderen Organismen führten zu vielen biotrophen Lebensweisen und einer großen phylogenetischen Vielfalt. Es ist wahrscheinlich, dass die frühen Wasserpilze bereits die funktionellen Merkmale ausbildeten, die zum Erfolg des Pilzreichs, als eine der vielfältigsten Organismengruppen der Erde, geführt hat. Trotz der recht umfangreichen Studien, die die Komplexität der aquatischen Mikrobiome untersuchen, sind weder die große phylogenetische Vielfalt der aquatischen Pilze noch die Wechselwirkungen der aquatischen Pilze mit anderen Organismen gut beschrieben. Dieses Paradoxon ist das Resultat von zu wenigen Studien, die aquatische Mikrobiome ganzheitlich untersuchen, und ist zudem auch der Tatsache geschuldet, dass die aquatischen Pilze nicht als solche erkannt werden. Wasserpilze erscheinen oft als unbekannte genetische Elemente ohne erkennbare Übereinstimmung mit unseren Datenbanken. Das veranlasste uns dazu, den Begriff Dunkle Materiepilze (DMP) zu etablieren, um die Unbekanntheit der frühen divergierenden Pilzlinien in der aquatischen Umwelt hervorzuheben. Einer der vielversprechendsten aquatischen Lebensräume zur Untersuchung von DMP und deren Wechselwirkungen mit anderen Organismen im kleinen Maßstab ist der aquatische Biofilm. Insbesondere heterotrophe Biofilme können einen hohen Anteil an DMP aufweisen, was die Aufklärung von DMP-Interaktionen und ökologischen Funktionen erleichtert. Es ist völlig unklar, welche organismischen Wechselwirkungen die Determinanten für die DMP in Biofilmen sind und inwieweit DMP die Biofilmstruktur beeinflussen. Das Verständnis der Ökologie und der Evolution von DMP bleibt aufgrund der Komplexität der natürlichen Gemeinschaften eine Herausforderung. Aufgrund der neuen methodischen Entwicklungen ist es nun jedoch möglich, durch Manipulationsexperimente an natürlichen sowie an Modell-Biofilmgemeinschaften eine konzeptionelle Sicht auf die DMP-Ökologie und -Evolution aufzubauen. Das Ziel der vorgeschlagenen Emmy Noether-Forschungsgruppe ist es, die grundlegende Ökologie und Evolution der aquatischen DMP zu verstehen. Durch die Kombination von Mikrodissektion, Hochdurchsatz-Kultivierung und molekularer Sequenzierung der nächsten Generation, werden wir herausfinden, wie und welche Pilz-Interaktionen mit Mikroben die gesamte Struktur und Funktion der mikrobiellen Gemeinschaft beeinflussen. Wir werden auch umfangreiche DMP-Barcode- und Genomdaten generieren, die als Schlüsselressourcen für das Erstellen einer robusten frühen Pilzphylogenie dienen werden, und es uns ermöglicht, die frühe Pilzevolution auf der Grundlage von Phylogenomik und biotrophen Interaktionen zu diskutieren.
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