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.
Ziel dieses Antrags ist die Rekonstruktion der terrestrischen Klimavariabilität Südostspaniens während der letzten 250 ka basierend auf Speläothemen. Diese Region ist eine der trockensten in Südeuropa. Gemäß dem aktuellen IPCC-Bericht werden derzeit trockene Regionen von einer zunehmenden Häufigkeit, Dauer und Intensität von Hitzewellen sowie Dürren betroffen sein. Dies geht einher mit erheblichen Risiken für Umwelt und Wirtschaft, woraus sich die Notwendigkeit der Erforschung terrestrischer Paläoklimaarchive in besonders trockenen Regionen ergibt. Klimaarchive in Südostspanien reagieren aufgrund der trockenen Bedingungen selbst auf geringe Änderungen im Niederschlag sehr sensitiv. Informationen terrestrischer Klimaarchive aus dieser Region sind bisher zumeist auf Pollen- und Sedimentabfolgen, die eine relativ geringe zeitliche Auflösung haben und jenseits der Grenzen der 14C-Methode schwierig zu datieren sind, begrenzt. Gut datierbare Klimazeitreihen von Speläothemen stammen überwiegend aus Nordspanien, dessen Klima sich durch relativ feuchte Bedingungen und milde Temperaturen auszeichnet. An einem präzise datierten Flowstone aus der Cueva Victoria, die bekannt ist für ihre spektakuläre Pleistozäne Fauna, soll die Klimavariabilität Südostspaniens mit hoher zeitlicher Auflösung rekonstruiert werden, wobei der Fokus auf den letzten 250 ka liegt, die in mehreren Bohrkernen enthalten sind. Für diesen Zeitabschnitt existiert bisher keine präzise datierte, hochaufgelöste, terrestrische Klimazeitreihe aus Südostspanien. Die Vorarbeiten zeigen, dass das Flowstone-Wachstum in der Cueva Victoria sehr empfindlich auf Niederschlagsänderungen in der Vergangenheit reagiert und die Wachstumsphasen mit globalen Warmphasen einhergehen. Die geplante präzise Datierung mittels der 230Th/U-Methode erlaubt, den Beginn und die Dauer der Marinen Isotopenstadien 1, 3, 5 und 7 sowie der entsprechenden Interstadiale in Südostspanien genauer zu bestimmen. Zudem werden für die jeweiligen Wachstumsphasen Multi-Proxy-Zeitreihen (stabile Isotope und Spurenelemente) generiert, die eine zuverlässige Interpretation der Proxy-Signale im Hinblick auf Klimavariabilität in der Vergangenheit zulassen. Die hohe Empfindlichkeit des Proxy-Signals, die sich in unserem vorläufigen Datensatz widerspiegelt, betont das große Potential dieses einmaligen Paläoklimaarchivs aus Südostspanien für die letzten 250 ka. Teile des Materials waren Gegenstand meines früheren DFG Antrags, der leider abgelehnt wurde. Der Hauptkritikpunkt der Gutachter war der zu geringe Umfang der Vorarbeiten. Allerdings hoben beide Gutachter auch das grundsätzliche Potenzial des Projektes hervor. Basierend auf den konstruktiven Kommentaren habe ich Kooperationen mit weiteren Kollegen aufgebaut und zusätzliche Alters- und Proxydaten generiert. Diese zeigen, dass das Probenmaterial ein äußerst vielversprechendes Klimaarchiv darstellt, das mit hoher Genauigkeit datiert werden kann.
Das Zentrale Wissenschaftliche Serviceprojekt ist darauf ausgelegt, den wissenschaftlichen Projekten des Sonderforschungsbereichs durch die Bereitstellung von Basisdaten Hilfestellung zu leisten. So liefert das Projekt klimatologische Daten sowie Biodiversitäts-Daten arborikoler Arthropodengemeinschaften von allen Sonderforschungsbereichen Kern-Untersuchungsflächen. Zudem wird ein Barcoding-System für arborikole Arthropoden und für die häufigsten vaskulären Pflanzen im Untersuchungsgebiet entwickelt. Außerdem dient es als Anlaufstelle für Convention of Biodiversity (CBD) relevante Themen, z.B. in Bezug auf Umgang mit biologischen Proben und im Rahmen von Access-and-Benefit-Sharing Maßnahmen. Das Projekt trägt zudem wesentlich zur Auswahl, Etablierung und Pflege von Sonderforschungsbereichs Untersuchungsflächen bei.
Die Symbiose der arbuskulären Mykorrhiza zwischen Landpflanzen und Glomeromyceten steigert die Aufnahme von Mineralien durch die Pflanze und hat daher ein großes Potential einen Beitrag zur nachhaltigen Landwirtschaft zu leisten. Grundlegend für diese Symbiose sind hochverzweigte pilzliche Strukturen, die Arbuskeln, welche Nährstoffe in die Wirtszelle übertragen. Wir haben den GRAS Transkriptionsfaktor REDUCED ARBUSCULAR MYCORRHIZA1 (RAM1) als einen Regulator der arbuskulären Entwicklung identifiziert und möchten nun die Regulation und Funktion dieses wichtigen Regulators aufklären.
Totholzstämme repräsentieren eine kohlenstoff- (C) und energiereiche aber zugleich stickstoff-(N)arme Ressource in Waldökosystemen. Biologische N2-Fixierung durch freilebende diazotrophe Mikroorganismen trägt zur N-Anreicherung im Totholz bei. Über die Funktion der Diazotrophen für die N-Versorgung von totholzbewohnenden Organismen und für den Totholzabbau ist bislang wenig bekannt. In den Biodiversität-Exploratorien existieren unterschiedliche Bedingungen für diazotrophe Mikroorganismen durch Totholzstämme von 13 Baumarten, die im BeLongDead-Experiment auf 30 Flächen exponiert sind. Ein Ziel des Projektantrags ist den Beitrag der N2-Fixierung zur N-Anreicherung zu quantifizieren und die aktiven diazotrophen Gemeinschaften in den Totholzstämmen des BELongDead-Experiments zu identifizieren. Ein weiteres Ziel ist die experimentelle Überprüfung von Einflussfaktoren auf die N2-Fixierung, Quantität und Diversität der aktiven diazotrophen Gemeinschaft und auf den Transfer von fixierten N zu holzabbauenden Mikroorganismen. Unsere Hypothesen sind, (1) N2-Fixierungsrate und Diversität von Diazotrophen im Totholz unterscheiden sich zwischen den 13 Baumarten, der Intensität des Forstmanagements und den Exploratorien, (2) diazotrophe Gemeinschaften und N2-Fixierung unterscheiden sich entlang des radialen Gradienten in den Totholzstämmen von außen nach innen, (3) Diversität und Aktivität von Diazotrophen und holzabbauenden Pilzen sind stark assoziiert aufgrund ihrer gegenseitigen Abhängigkeit von C und N Ressourcen. Die letztere Beziehung moduliert die Aktivität und Zusammensetzung von diese Gemeinschaften im initialen und forstgeschrittenen Abbaustadium. Ferner testen wir die Hypothese, dass (4) externe N-Quellen die N2-Fixierung und die Quantität von Diazotrophen reduzieren. Zur Überprüfung der Hypothesen werden wir innovative und etablierte Methoden sowie Felduntersuchungen und Laborexperimente kombinieren. N2-Fixierungsraten werden mit dem 15N2 Ansatz und die funktionellen nifH-Gene mit spezifischer quantitativer PCR und Amplicon-Sequenzierung bestimmen. Struktur und Aktivität der diazotrophen Gemeinschaft werden mit einer Bromodeoxyuridintrennung sowie dem Stabilen Isotopen Beprobungsansatz (SIP) von 15N-markierter RNA analysiert, und beide Ansätze mithilfe der Amplicon-Sequenzierung kombiniert. Schließlich wird der Einfluss verschiedener Einflussfaktoren Parameter auf die Struktur und Aktivität der diazotrophen Gemeinschaft untersucht. Unsere Expertisen ermöglichen es die Wechselwirkungen zwischen N2-Fixierung, Abundanz und Diversität der Diazotrophen und kontrollierenden Faktoren für den Totholzabbau neu zu bewerten. Durch die Zusammenarbeit in einem koordinierten und vollständig replizierten Experiment mit 30 Waldökosystemen erwarten wir belastbare Ergebnisse mit großer wissenschaftlicher Bedeutung und Nutzen für die Totholzforschung.
Das beantragte Gerätesystem kombiniert die Leistungsfähigkeit und hohe Auflösung der Next-Generation- Sequenzierung mit der Hochdurchsatz-Kapazität von Genotypisierungs- und Expressionsarrays. Es deckt den gesamten Bereich niedriger bis sehr hoher Plexitätsgrade ab und ermöglicht Untersuchungen auf DNA-, RNA- und Protein-Ebene. Es wird hauptsächlich von den überwiegend neu besetzten Fachgebieten Genetik und Züchtung landwirtschaftlicher Nutztiere, Nutzpflanzenbiodiversität und Züchtungsinformatik, Ernährungsphysiologie der Kulturpflanzen und Physiologie und Biotechnologie der Pflanzen genutzt. Die beiden genetischzüchterisch ausgerichteten Fachgebiete werden das Gerät schwerpunktmäßig für Sequenzierungen einzelner Gene und ganzer Genome und für Array-basierten Genotypisierungen und Expressionsanalysen nutzen. Die eher physiologisch ausgerichteten Fachgebiete werden das Gerät für die auf RNA-Sequenzierung basierende Expressionsanalyse, die Identifizierung von Mutationen durch next-genration-mapping, sowie für die Sequenzierung ausgewählter Gene landwirtschaftlicher Kulturpflanzen nutzen. Durch das mächtige Gerätesystem können diese Fachgebiete die Möglichkeiten der modernen Genomforschung in ihren jeweiligen Forschungsschwerpunkten mit einbauen und dadurch international sichtbare und hochkompetetive Projekte realisieren.
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.
Viele biologisch, agronomisch oder biotechnologisch wichtige Organismen sind genetisch nur unzulänglich charakterisiert. Sequenzier-Technologie der zweiten Generation ermöglicht nun sowohl die effiziente de novo Analyse von Genomen und Transkriptomen als auch Re-Sequenzierung einer großen Anzahl von Individuen. Dadurch ergeben sich neue Ansätze für eine nachhaltige Nutzung von Organismen, eine Mission, welche für das Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt und besonders auch für die antragstellenden Arbeitsgruppen richtungsweisend ist. Durch die Beschaffung eines Sequenziergerätes der zweiten Generation werden diese Gruppen in die Lage versetzt, eine Vielzahl von Sequenzierprojekten mit höchster Effizienz durchzuführen und die Technologie in Kooperationen innerhalb und außerhalb der TU München einzubringen. Die Genomsequenzierung ist eine Schlüsseltechnologie im Hinblick auf die Nutzung global knapper werdender Ressourcen. Es ist deshalb von strategischer Bedeutung für deutsche Forschungsstandorte mit entsprechender Ausrichtung adäquat ausgerüstet zu sein.
Terrestrische Grünalgen sind typische und häufige Komponenten biologischer Bodenkrusten der Polarregionen. Biologische Bodenkrusten bilden wasserstabile Aggregate und üben ökologisch wichtige Funktionen hinsichtlich Primärproduktion, Stickstofffixierung, Nährstoffkreislauf, Wasserretention und Bodenstabilisierung aus. Obwohl kaum Daten über Grünalgen in der Arktis und Antarktis vorliegen, wird ihre funktionelle Bedeutung als Ökosystem-Entwickler nährstoffarmer Gebiete als sehr hoch eingeschätzt. Die Biodiversität der Algen und Cyanobakterien polarer Bodenkrusten ist in den letzten Jahren zum ersten Mal von uns mit klassischen und molekularen Methoden (Metatranskriptomik und Metabarcoding) untersucht worden. In dem neuen Projekt wollen wir nun den physiologischen Zustand von Bodenkrusten der Antarktis aus Metatranskriptomen ermitteln. Dazu wollen wir die Sequenzen der Metatranskriptome einzelnen Arten (Gattungen, Familien oder anderen systematischen Kategorien) zuordnen und funktionell qualitativ und quantitativ untersuchen. Neben Datenbankvergleichen (KOG, KEGG, GO) können die spezifischen Submetatranskriptome auch mit den unter unterschiedlichen Laborbedingungen (Flüssigkultur/Agarplatten Kultur, Trockenstress, Temperaturstress, Lichtstress) gewonnenen Transkriptomen von Klebsormidium und sowie den in diesem Projekt geplanten neuen Transkriptomen je zweier antarktischer Klebsormidium und Coccomyxa Arten verglichen werden. Diese Daten werden erstmals einen molekularen Einblick in die Physiologie arktischen Arten in-situ im natürlichen Habitat zum Zeitpunkt der Probennahme und die Identifizierung von Schlüsselgenen für das Überleben in der Antarktis ermöglichen.
Ziel des Projektes ist ein Verständnis der Entwicklung mikrobieller Gemeinschaften in Böden, vom ersten Auftreten bis zu komplexen Netzwerken. Mikroorganismen nehmen entscheidenden Einfluss auf die Entwicklung von Böden unter extremen Bedingungen. Veränderungen der Umwelt, etwa Nährstoffzunahme oder Temperaturanstieg, führen unmittelbar zu Veränderungen in den mikrobiellen Gemeinschaften. Antarktische Böden sind wegen ihres sehr geringen Nährstoffgehaltes empfindliche Ökosysteme; sie gelten als sehr gute Zeiger von Umweltveränderungen. Unsere zentrale Arbeitshypothese beinhaltet, dass prokaryotische Mikroorganismen die Entwicklung von Bodenlebensräumen in der Antarktis in Gang setzen und anschließend ein komplexes Netzwerk unterschiedlicher pro- und eukaryotischen Mikroorganismen entsteht, das auf der Basis unterschiedlicher Funktionen innerhalb des Netzwerkes schließlich zur stabilen Etablierung des Bodenhabitats führt. Eukaryotische Algen könnten bereits als Pioniere in frühen Sukzessionsstadien auftreten. Zum Testen der Hypothesen wird das Projekt wird die Expertise von Universität Göttingen und GFZ Potsdam zusammenzuführen. Wir werden bereits vorhandene Sedimentproben aus fünf Transsekten an Gletscherresten arider eisfreier Oasen der Ostantarktis (Larsemann-Berge, Prydz Bucht) untersuchen. Eine umfassende Analyse physiko-chemischer Parameter der Proben ist dabei Voraussetzung, die mikrobielle Diversität in Bezug zu geochemischen Variablen setzen zu können. Aufgrund der extremen Nährstoffarmut und Abgeschiedenheit des Untersuchungsgebietes erwarten wir eine erhebliche Anzahl noch unbekannter Arten in unseren Untersuchungsgebieten, die eine wertvolles Potential für biotechnologischer Anwendungen bergen können. Wir erweitern das Entfernung-steht-für-Zeit-Konzept von Chronosequenzen um den Mikromaßstab durch Vergleiche zwischen extrazellulärer und intrazellulärer DNA von Mikroorganismen. Durch den Einsatz einer neuartigen Methode zur DNA-Extraktion wird eine genaue Unterscheidung zwischen vergangenen (fossilen) und lebenden mikrobiellen Gemeinschaften erreicht. Beide DNA-Pools dienen zum Erfassen der taxonomischen Diversität der mikrobiellen Gemeinschaften auf Artniveau. Durch ultratiefe Sequenzierung (Deep Sequencing; Illumina Miseq) anhand zweier unterschiedlich variabler rRNA Genabschnitte wird eine Auflösung auf dem Artniveau erreicht. Das ist wichtig um für die Entwicklung früher Bodenökosysteme maßgebliche Spezies-gebundene Interaktionen innerhalb mikrobieller Gemeinschaften über die Grenzen taxonomischer Abteilungen und Domänen hinweg aufdecken zu können. Mit Analysen funktioneller Gene werden Struktur- und Funktionsbeziehungen zwischen pro- und eukaryotischen Mikroorganismen in Stoffflüssen des Kohlen- und Stickstoffs erfasst. Schließlich werden nach Abschätzen relativer Abundanzen der einzelnen Organismen- und Funktionsgruppen durch quantitative qPCR Spezies-Interaktionen zur mikrobiellen Produktivität abgeleitet.
| Origin | Count |
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| Bund | 560 |
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| Förderprogramm | 560 |
| License | Count |
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| offen | 560 |
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|---|---|
| Keine | 297 |
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| Boden | 383 |
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