Die Ergebnisse eines vorangegangenen DFG-Projektes lieferten Hinweise darauf, dass die verstärkte Abgabe von Citrat und Protonen unter P-Mangelbedingungen auf einer erhöhten Akkumulation von Citronensäure im Wurzelgewebe beruht. Diese verstärkte Citratakkumulation ist einerseits die Folge einer erhöhten Biosyntheserate, beruht andererseits aber wahrscheinlich auch auf einem durch P-Limitierung der Atmungskette verminderten Citratumsatz im Citratcyklus. Zur Prüfung dieser Hypothese sollen P-Mangel induzierte Veränderungen der am Citratumsatz beteiligten Stoffwechselwege untersucht werden, um so Hinweise auf die an der Regulation beteiligten Schlüsselreaktionen zu erhalten. Im einzelnen sind Messungen der Wurzelatmung, des Pools an Adeninnukleotiden, des Redoxstatus (NADH/NAD-Verhältnis), 14C markierter Intermediärprodukte des Citratstoffwechsels und der an den Umsetzungen beteiligten Enzymaktivitäten, sowie Untersuchungen zur Citratakkumulation nach gezielter Applikation von Respirationshemmstoffen (KCN, SHAM) geplant. Die Wirksamkeit verschiedener Anionenkanalinhibitoren lieferte erste Hinweise, dass die Citratabgabe durch einen Anionenkanal im Plasmalemma erfolgt. Nach Isolierung von Protoplasten aus dem Proteoidwurzelgewebe soll über Patch-Clamp Messungen versucht werden, die Beteiligung eines Anionenkanals direkt nachzuweisen.
Untersucht wird das Vermoegen der Boeden, Biozide sorptiv zu binden. Weiterhin sollen die Abbaurate im Boden bestimmt und die entsprechenden Metabolite der Biozide ermittelt werden.
Soil is the first component of the environment that can be effected by GM plants, because they do not only consume the nutritive substances from the soil, but also release there different compounds during a growing period, and leave in the soil their remains. If the plants are modified to increase their resistance to plant pathogens, particularly bacteria, they can also affect the other microorganisms important for plant development. Also there are no considerable data about possible effect of GM plants on soil organic matter and chemical processes in soil. For the experiment it is planned to use transgenic potato plants (Solanum tuberosum L. cv. Desiree) expressing a chimerical gene for T4 lysozyme for protection against bacterial infections; - obtaining and short-term growing of GM plants in laboratory conditions; - extraction and collection of root exudates and microbial metabolites from rhizosphere; - analysis of these exudates by Pyrolysis-Field Ionisation Mass Spectrometry (Py-FIMS) in comparison with the exudates of wild-type plants and transgenic controls not harbouring the lysozyme gene, and with dissolved organic matter from non-cropped soil; - creation of 'fingerprints' for each new transgenic line in combination with certain soil on the basis of marker signals. Expected impacts: - New highly cost-effective express testing system for the risk assessment of genetically modified plants at the earliest stages of their introduction; - The conclusion about safety/danger of GM plants for the soil ecosystems; - Model for prediction of possible risk caused by GM plants.
Als ultrafeine Partikel werden Teilchen mit Durchmessern kleiner als 100 nm bezeichnet. Die ultrafeinen Partikel entstehen in Verbrennungsprozessen, die unter Sauerstoffmangel stattfinden. Hierbei sind u.a. der Straßenverkehr mit seinen unzähligen instationären Verbrennungen, Industrieprozesse und Hausbrand zu nennen. Partikel dieses Größenbereichs können sehr spezielle chemische oder physikalische Wechselbeziehungen mit der Umgebung eingehen. Man beobachtet bei ultrafeinen Partikeln vorwiegend Diffusion, wogegen sich größere Teilchen eher durch Anlagerung bzw. Sedimentation auszeichnen (Limbach, 2005). In der Europäischen Union gilt seit Januar 2005 ein Grenzwert für Feinstaub, d.h. für Partikel kleiner als 10ìm (PM10), vorgeschrieben. Für ultrafeine Partikel gibt es in Europa bisher keine eigenen Grenzwerte. In einem bis dahin einmaligen Projekt wurde die Entwicklung der Belastung mit ultrafeinen Partikeln in Erfurt über zehn Jahre quantitativ bestimmt. Dabei wurde ein deutlicher Anstieg festgestellt (Krug, 2005). Die Korngrößen des Ultrafeinstaubs können das menschliche Respirationssystem erreichen. Man spricht daher vom inhalierbaren Anteil des Feinstaubs. Partikel kleiner als 100 nm werden als noch gefährlicher eingestuft, da sie lungengängig sind. Wegen ihrer geringen Größe können einzelne ultrafeine Partikel ein Lungenepithel durchqueren. Ein Weitertransport zu Leber, Knochenmark oder Herz ist möglich. Die Ultrafeinpartikel können sich in der Lunge bis zu mehreren Monaten ablagern bzw. verbleiben (WHO,1997). Es sind einige Verfahren entwickelt worden, um die PAK-Belastung auf Menschen zu erfassen und ihre Auswirkungen zu beschreiben. Dabei wurde Benzo(a)Pyren oft als Indikator für die Präsenz von karzinogenen PAK in der Umwelt genutzt. Verbreitet ist zum Beispiel die Bestimmung von PAK in Blut oder Urin und die Untersuchung der Auswirkungen von PAK auf den Metabolismus in Organen wie Niere und Leber (Larsen, 1995). Die Exposition durch NPAK erfolgt hauptsächlich über die Luft. Es gibt bislang wenige Studien, welche die Langzeitwirkung der inhalativen Aufnahme untersuchen. Darüber hinaus gelten auch die Metaboliten der NPAK als kanzerogen (Uhl, 2007). Laut WHO gibt es erheblichen Forschungsbedarf hinsichtlich der Exposition der Menschen und der Wirkungen von NPAK auf die menschliche Gesundheit (IPCS 2003). Obwohl die NPAK nur einen Bruchteil (1 bis 10Prozent) der PAK ausmachen (Nielsen, 1984), ist spezielle Aufmerksamkeit wegen ihrer hohen biologischen Aktivität notwendig. Zahlreiche NPAK wirkten in Tierversuchen deutlich mutagen und kanzerogen (Fiedler et.al, 1990). Über ihr Verhalten und ihre Anreicherung in Boden und Staub ist bis jetzt noch sehr wenig bekannt. Ebenso wenig wie über deren Metabolismus und Akkumulation in biologischem Gewebe (Fiedler et al., 1991, Fieder und Mücke 1990). (...)
Mykotoxine sind Metaboliten des Sekundärstoffwechsels mikroskopisch kleiner Pilze, vor allem der Gattung Aspergillus, Penicillium und Fusarium. In bestimmten Konzentrationen wirken sie toxisch für Mensch, Tier und Pflanze. Die als Feldpilze bekannten Fusarien bilden Mykotoxine (Trichothezen und Zearalenon) zum Teil schon während der Wachstums- und Reifungsphase des heimischen Futtergetreides und beim Mais. Trichothezen (Deoxynivalenol, DNO) übt eine zytotoxische Wirkung aus, indem es die Protein- und DNA-Synthese hemmt. Aufgrund seiner hohen Zytotxizität greift die Substanz an verschiedenen Systemen des Körpers ein, so dass infolge einer Abwehrschwäche Fruchtbarkeitsstörungen (Unfruchtbarkeit, Umrauschen), Aborte, Totgeburten und mimifizierte Früchtte sowie Uterusatrophie bei Sauen insbesondere bei Jungsauen aufgetreten sind. Im Gegensatz dazu sind die Zearalenone nicht toxisch. Ihre Aktivität im Tier besteht in einer östrogenen Wirkung, die zu Veränderungen an den Fortpflanzungsorganen und zu Fruchtbarkeitsstörungen beim Schwein führen. Ein Einfluss von Mykotoxin auf die Fruchtbarkeit wurde bisher weitgehend nach Fütterung von mykotoxin-haltigen Futtermitteln beobachtet. Grundlagenerkenntnisse über direkte negative Einflüsse von Mykotoxinen auf die Fruchtbarkeit können mit Hilfe von Untersuchungen mittels In-vitro-Kultivierung von Eizellen und Embryonen, ovariellen und uterinen Zellen gewonnen werden. Die physiologische Aktivität der genannten Zelltypen des weiblichen Reproduktionstraktes kann über funktionelle Tests gemessen werden, die ihrerseits darüber Auskunft geben, in welchem Maße die Leistungen dieser Zellen bzw. Embryonen störanfällig gegenüber Zearalenon und Trichothezen sind.
Pharmakokinetische Eigenschaften, Verteilung und Ausmass der Biotransformation von 2,2',4,5'-Tetrachlorbiphenyl im Huhn wurden bestimmt. Das die Metaboliten dieses Chlorbiphenyls ueber Kot und Eier ausgeschieden werden, soll nach einer Neusynthese der 14C-markierten Substanz ((14C)-TCB) diese wiederum an Huehner verabreicht werden. Es ist geplant, ihre Metaboliten aus Kot und Eiern zu isolieren und ihre Struktur aufzuklaeren. Weiterhin soll geprueft werden, ob das mikrosomale Enzymsystem der Huehnerleber sowie isolierte Huehnerhepatocyten (14C)-TCB biotransformieren und welche Metaboliten gebildet werden. Im Rahmen dieser Experimente soll auch geklaert werden, ob (14C)-TCB an DNA und RNA der Huehnerleber bindet. Kann dies im in-vitro Experiment gezeigt werden, soll der entsprechende in-vivo Versuch durchgefuehrt werden, indem DNA und RNA aus der Leber von Huehnern isoliert werden, denen (14C)-TCB oral verabreicht wurde.
Beim mikrobiellen Umsatz von organischen Verbindungen wird ein beträchtlicher Anteil des Kohlenstoffs zunächst zum Aufbau von Biomasse durch Bakterien genutzt. Diese Biomasse unterliegt nach ihrem Absterben wieder einem Abbau durch andere Mikroorganismen. In diesem Prozess werden Fragmente der abgestorbenen Zellen entweder selbst wieder zum Substrat für andere Organismen oder direkt in der Bodenmatrix festgelegt. Damit tragen sie substanziell zur Bildung der organischen Bodensubstanz (SOM) bei. Im Rahmen der geplanten Arbeiten sollen vorwiegend durch Markierungsexperimente mit stabilen und radioaktiven Isotopen die mikrobiellen Umsatzraten und die Bildung von Huminstoffen aus bakterieller Biomasse und fraktionierten Zellbestandteilen wie auch aus mikrobiellen Mineralisationsprodukten wie CO2 und NH4 in Modellböden des Schwerpunktprogrammes detailliert untersucht werden. Dazu wird die Transformation isotopisch markierter Biomassebestandteile (14C; 13C; 15N) in Bodenbioreaktoren untersucht. Die festgelegten und umgewandelten Produkte der markierten Biomasse sollen in den verschiedenen Partikel- und Huminstofffraktionen des Bodens bilanziert und mit isotopenchemischen und strukturchemischen Methoden charakterisiert werden. Damit können der stoffliche Beitrag der Biomasse an der Bildung von Huminstoffen im Boden bilanziert und Konversionsfaktoren sowie Raten für die Stoffverteilung abgeschätzt werden. Ergebnisse aus ersten Versuchen lassen zudem auf einen signifikanten Einbau von Kohlenstoff aus CO2 in die SOM schließen. Daraus könnte sich eine Neubewertung von Tracerexperimenten zur Bildung von gebundene Resten aus Xenobiotika ergeben. Im zweiten Schritt sollen Methoden zur Ermittlung der Struktur und Funktionalität der festgelegten Biopolymere entwickelt werden. Besonderes Augenmerk wird auf die Festlegung von Zellwandbestandteilen, Strukturproteinen und Nukleinsäuren gelegt.
Ziel des Projektes ist es, die Gene für die Wurzelentwicklung von Gerste zu identifizieren und deren Effekte zu quantifizieren. Zusätzlich wird die genetische Reaktion der Wurzel auf ein reduziertes Wasserangebot im Substrat untersucht und für die Modelbildung parametrisiert. Es wird ein Assoziationsansatz zur QTL bzw. QTL x Behandlungsinteraktion Detektion verwendet. Hierzu steht eine Kartierungspopulation mit ca. 192 Linien zur Verfügung, die mit den genbasierten SNP - Markern (GKI Select Chip) genotypisiert werden. Darüber hinaus wurde die Population schon mit DArT und SSR-Marker genotypisiert. Für diese Population mit hoher Markerdichte (geschätzt 5000 kartierbare Marker) wird eine Assoziationskartierung von Wurzelmerkmalen zur Schätzung der Merkmals-Marker- Assoziation im Mixed-Model-Verfahren durchgeführt. Die QTL dienen als Parameter für die QTL basierte Modellierung. Die Wurzelentwicklung wird für die Population unter Kontrolle und Stressbedingungen an zahlreichen Terminen festgestellt. Hierbei werden Wurzelparameter wie Wurzellänge, Wurzellängenentwicklung, Wurzelverteilung und mit Abschluss der Test Wurzeltrockenmasse und Sprosstrockenmasse erhoben. Parallel zu den Untersuchungen werden an einem reduzierten Genotypenset (bestehend aus Klassen Trockenstressanfällige und -tolerante) die natürliche allelische Variabilität bei Kandidatengenen-Loci der Wurzelentstehung, -entwicklung und -differenzierung aus Arabidopsis bzw. Mais geprüft. Darüber hinaus wird mit einem Metabolomics Ansatz geprüft, ob diagnostische Signaturen für Trockenstress existieren. Hierzu werden vergleichende Analysen der Metaboliten zwischen den Mitgliedern des reduzieren Genotypensets durchgeführt, um spezifische Metaboliten für Trockenstress resistente Genotypen zu identifizieren
Die n-Nitrosoverbindungen spielen als exogene carcinogene Noxen in der Umwelt des Menschen eine wichtige Rolle. Die Aufklaerung des Metabolismus dieser Carcinogene ist fuer die Frage der Krebsentstehung von grossem Nutzen. Die Untersuchungen umfassen die Bildung von Metaboliten aus n-Nitrosoverbindungen in vivo mit isolierten Organenzymen von Versuchstieren und anschliessender Isolierung und Identifizierung. In vivo: Die Isolierung und Identifizierung von Metaboliten in den Exkrementen von Ratten nach oraler Gabe.
Nitratreduktion von Wurzeln hat positive Auswirkungen auf die Überflutungstoleranz, doch sind die Mechanismen nur unzureichend verstanden. Nitratreduktase(NR)-haltige Wurzeln eines Tabakwildtyps produzierten unter Anoxia viel weniger Ethanol und Lactat als Wurzeln einer Tabaktransformante (LNR-H), die keine lösliche NR in der Wurzel (aber normale NR-Aktivität in den Blättern) besitzt. Auch der cytosolische pH und der Energiezustand der Wurzeln waren in WT unter Anoxia besser und die Pflanzen zeigten im Gegensatz zur LNR-H keine Welkeerscheinungen. Wir wollen nun überprüfen, inwieweit Nitrat- und Nitritreduktion, Atmung und oxidativer Pentosephosphatzyklus um Metabolite konkurrieren, und weshalb unter Anoxia in WT-Wurzeln die NR-Expression gesteigert und/oder die Proteolyse gehemmt ist. nitratreduzierende Pflanzen ermittieren unter Anoxia auch vermehrt Stickstoffmonoxid (NO). Wir wollen die NO-Emission von Wurzeln unter Normoxia/Anoxia/Post-Anoxia quantifizieren und beteiligte Reaktionen identifizieren. Eine mögliche Korrelation zwischen NO- und Ethylenemission sowie eine vermutete Akkumulation von NO-Verbindungen (Nitrosothiole und Nitrotyrosin) soll untersucht werden. Alle Experimente werden mit dem WT, der LNR-H-Transformante sowie an der Nitritreduktaseantisensetransformante von Tabak durchgeführt.
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