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.
Da die Domestizierung von Kulturpflanzen auf einer phylogenetischen Zeitskala ein junges Ereignis ist, sind Kultur- und verwandte Wildformen oft miteinander kreuzbar. Wenn beide in Nachbarschaft zueinander vorkommen, kann es zu natürlicher Hybridisierung kommen. Falls der potentiell bidirektionale Genfluss zwischen Wild- und Kulturformen die Fitness erhöht, können Hybridschwärmen entstehen. Diese tragen, z. B. im wilden Hintergrund, vorteilhafte Allele, die sich aus einer domestizierten Einkreuzung ableiten. Gerste (Hordeum vulgare L.) ist eine wichtige Kulturpflanze, deren Domestikationsprozess von Archäologen, Genetikern und Molekularbiologen intensiv erforscht wurde. In den vergangenen Jahrzehnten haben Botaniker sogenannte “mehrzeilige Wildgersten“ beobachtet, d. h. wildwachsende Gersten mit drei fertilen Blütchen je Ährenknoten, was als Schlüsselmerkmal der Kulturform gilt. Es gibt mehrere Möglichkeiten, wie diese eigentümlichen Zwischenformen entstehen können: (i) Hybridisierung zwischen Wild- und Kulturformen; (ii) spontane Mutation von Domestikationsgenen; und (iii) De-Domestikation durch genetische Rekombination. Unsere bisherigen Ergebnisse deuten darauf hin, dass sechszeilige Wildgerstenpopulationen in Israel Hybridschwärme mit Allelen der Kulturform in einem wilden Hintergrund sind, und erlauben die Vermutung, dass adaptive Einkreuzung eines domestizierten Allels des Gens SIX ROWED SPIKE1 (Vrs1) in unkrautige Formen stattgefunden hat. Um diese Hypothese zu testen, wollen wir die folgenden Experimente und Analysen durchführen: (i) populationsgenomische Analysen von neugesammelten mehrzeiligen Wildgersten aus Israel sowie sympatrischen zweizeiligen Genotypen, um genomischen Spuren von Genfluss zu detektieren; (ii) ökophysiologische Experimente, um die Auswirkungen der Mehrzeiligkeit auf die Fitness in unkrautigen Formen zu verstehen; sowie (iii) genetische Kartierung der unkrautigen Wuchsform in Kreuzungspopulationen, um die genetischen Faktoren zu identifizieren, welche die Anpassung von Wildgerste an ein landwirtschaflich geprägtes Habitat bestimmen. Unter Ausnutzung der Gerste als genetischen Modellorganismus für die Pflanzendomestikation wird unser Vorhaben die Anpassungsprozesse von Wildpflanzen an einen vom Menschen geschaffenen Lebensraum beleuchten.
The Albuginaceae is a monophyletic group of obligate biotrophic oomycetes that cause diseases commonly referred to as white blister rust (WBR) on a wide range of wild, weedy, and cultivated flowering plants including many high-value crops. Despite significant progress over the past two decades, which improved the understanding of the phylogenetic relationships within WBR, the actual diversity within Albuginales is still largely unknown. This is especially the case for white blister pathogens of Brassicaceae, a family of which several hundred members are known to be susceptible to WBR. For the elucidating radiation and speciation of white blister pathogens, Albugo on Brassicaceae is a promising target, as it contains both specialised species and a widely regarded as generalist species, Albugo candida. Despite its importance as the most destructive and widespread WBR pathogen of several important crops, the population structure of Albugo candida has not been explored in detail and its relationships to some closely allied host-specific species remain obscure. In the proposed research we seek to understand i) how the generalist species Albugo candida is phylogenetically linked to more specialised lineages, ii) if there is a linkage between Brassicaceae diversity and the genetic diversity of Albugo on Brassicaceae, and iii) if the population of the generalist species, Albugo candida, is panmictic or structured according to host plants or geographic regions. The findings of the proposed research will lead to new insights into the diversity, distribution and evolution of Albugo on Brassicaceae and lead to a better understanding of the emergence of new pathotypes of the disease.
Wir werden die Wurzelauf- und -abbau in wiedervernässten Niedermooren quantifizieren und sie mit abiotischen und biotischen Faktoren in Verbindung bringen, um einen Beitrag zum kausalen Verständnis von Torfbildung, Treibhausgasen und Nährstoffkreisläufen zu leisten. Falls Braunmoose auftreten, werden auch deren Biomasseauf- und -abbau quantifiziert. Neben Jahresumsätzen wird A1 durch den Einsatz von automatisierten Minirhizotronen an den Kernstandorten eine noch nie dagewesene zeitliche Auflösung bei der Bestimmung der Wurzeldynamik erreichen.
Der globale Klimawandel und landwirtschaftliche Bewirtschaftungsmethoden können erheblichen Einfluss auf Mikroorganismen haben. Die Auswirkungen von klimatisch und bewirtschaftungsbedingten Stressfaktoren auf Mikroben wurden jedoch häufig getrennt voneinander untersucht, und es bleibt zu klären, wie sich die Kombination solcher Faktoren auf das boden- und pflanzenassoziierte Mikrobiom und damit auf das Pflanzenwachstum auswirkt. In dem vorgeschlagenen Projekt werde ich zunächst untersuchen, wie sich vorhergehende landwirtschaftliche Bewirtschaftungsmethoden (konventionell vs. ökologisch) und Klimabedingungen (Ist-Zustand vs. prognostiziertes Klima) auf das Mikrobiom und damit auf morphologische und physiologische Merkmale von Weizengenotypen auswirken. Zusätzlich soll untersucht werden, wie sich das Metagenom der Weizen-Rhizosphäre unter aktuellem Wasserstress verändert. Neben der Rhizosphäre werde ich Bakterien und Pilze analysieren, die mit Samen von verschiedenen Weizengenotypen assoziiert sind, und untersuchen, wie historische Umweltbedingungen die Zusammensetzung des Mikrobioms verschiedener Weizengenotypen beeinflussen. Abschließend werde ich untersuchen, ob Veränderungen aufgrund experimenteller Faktoren in Pflanzensamen und ihrem Mikrobiom an die nachfolgende Pflanzengeneration weitergegeben werden und ob sie sich auf Merkmale auswirken, die mit dem Pflanzenwachstum und dem Pflanzenmikrobiom zusammenhängen. Zusammengenommen wird dieses Projekt entscheidend zum Verständnis der Schlüsselmikroben oder -gene beitragen, die die Fähigkeit der Pflanzen beeinflussen, Trockenheit zu widerstehen. Längerfristig könnte dieses Wissen die Entwicklung von Mikrobiom-basierten Strategien zur Steigerung der landwirtschaftlichen Produktivität in einem sich rasch verändernden Klima erleichtern.
Im Teilprojekt A03 (Neinhuis/Lautenschläger) werden pflanzliche Organe und Strukturen untersucht, um daraus Inspirationen für neuartige Carbonbetonkonstruktionen abzuleiten. Untersucht werden Blätter, insbesondere die Verbindung von Blattstiel zur Blattlamina oder Wurzelansätze, wo besonders hohe Kräfte in den Boden abgeleitet werden müssen. Neben der Charakterisierung der biologischen Struktur werden die gewonnenen Daten für die Erstellung verbesserter Finite-Elemente-Modelle und später für innovative Komponenten verwendet.
Rotbuche (Fagus sylvatica L.) ist eine bedeutende Waldbaumart in Mitteleuropa. Trotz umfangreicher Bemühungen der wissenschaftlichen Gemeinschaft ist jedoch wenig über die räumliche und zeitliche Genomvariation dieser Art bekannt. Noch weniger ist bekannt, wie diese Variation dazu beigetragen hat, dass die Spezies vergangene Klimaschwankungen bewältigen konnte, oder wie das Anpassungspotenzial angesichts zukünftiger Klimaveränderungen aussehen könnte. Diese Einschränkungen sind zum Teil auf unzureichende genomische Ressourcen der Buche zurückzuführen. Vor kurzem haben die Teams, die diesen Antrag gemeinsam eingereicht haben, jedoch das erste hochwertige Referenzgenom von F. sylvatica veröffentlicht.Mit der Erfahrung dieser für beide Seiten vorteilhaften Zusammenarbeit wollen wir in dem nun eingereichten Projekt unsere gemeinsame Forschung fortsetzen und vertiefen, um synergetisch unsere Expertise in den Bereichen Genomik und Populationsgenetik zusammenzuführen und auf die Schließung der oben genannten Wissenslücken hinzuarbeiten. Unter Verwendung des WGS-Ansatzes (WGS = Whole Genome Sequencing) möchten wir die genetische Diversität und Differenzierung zwischen den natürlichen Populationen von F. sylvatica untersuchen, die die drei mitteleuropäischen Hauptlinien dieser Spezies (Referenzpopulationen) repräsentieren, basierend auf unseren früheren ddRADseq Studien. Wir werden sowohl untersuchen, wie die neutrale und nicht-neutrale genetische Vielfalt räumlich verteilt ist und wie sie sich zeitlich geändert hat. Für letztere Fragestellung werden drei verschiedene Altersklassen (alte Bäume > 200 Jahre, Nachwuchs von 40-60 Jahre und Sämlinge < 5 Jahre) untersucht, um Signaturen der Selektion zu ermitteln, die derzeit auf die Populationen in klimatisch unterschiedlichen Teilen des Areals wirken. Diese Ergebnisse werden für das Verständnis der Mechanismen, die Veränderungen in neutralen und anpassungsfähigen Genomregionen zugrunde liegende, von großer Bedeutung sein. Darüber hinaus sind sie auch für das Management genetischer Ressourcen von Baumarten im Zusammenhang des Schutzes genetischer Vielfalt, aber auch in der Forstwirtschaft relevant.Die Forschungsteams, die diesen Antrag einreichen, haben unterschiedliche und sich ergänzende Expertise. Das deutsche Team ist seit langem an der vergleichenden und funktionalen Genomik und der Genomentwicklung interessiert. Das polnische Team hat Erfahrung in der Populationsgenetik und Genomik von Waldbäumen. Die gemeinsame Zusammenarbeit während dieses Projekts wird für beide Forschungsgruppen von Nutzen sein und wird wahrscheinlich zu einer langfristigen Zusammenarbeit im Bereich der funktionellen Populationsgenomik führen.
Pflanzenpopulationen müssen sich ständig an veränderte Umweltbedingungen anpassen. Die treibende Kraft für Anpassung sind Mutationen und Rekombination. Während der Einfluss von Punktmutationen in den letzten Jahren detailliert untersucht wurde, wurde dem Einfluss der genomischen Landschaft auf lokale Anpassung weniger Aufmerksamkeit geschenkt. Es gibt jedoch einige Beispiele, die die Wichtigkeit von Rekombination und „Chromatin Accessibility” (CA) für phänotypische Anpassung zeigen. CA und Rekombinationsraten selbst können sich jedoch verändern. Daher beeinflussen diese Faktoren nicht nur die Anpassung einer Population, sondern werden unter Umständen selbst durch Selektion geformt. Auf populationsgenetischem Level hinterlässt Anpassung ein verändertes Diversitätsmuster auf dem Genom. Nicht nur Gene die direkt unter Selektion stehen zeigen eine reduzierte genetische Diversität, sondern aufgrund von Linkage Disequilibrium, auch neutrale Positionen in der Nähe von funktionalen Regionen. Die Verbreitung solcher Hintergrundselektion ist weitgehend unbekannt, hat jedoch strake Auswirkungen auf die Interpretation von beobachteten Diversitätsmerkmalen. Die Domestizierung von Kulturpflanzen ist ein gutes Modell für die Anpassung von Pflanzen an ihre Umgebung, da Selektionsziele bekannt sind und oft der Vorfahre der angepassten Population oft bekannt und zugänglich ist. Körneramarant wurde dreimal unabhängig voneinander vom gleichen Vorfahren domestiziert. Er stellt daher ein ideales System für die Untersuchung des Einflusses von CA und Rekombination auf die Domestizierung von Kulturpflanzen und die Folgen von Hintergrundselektion dar.In diesem Projekt möchten wir unabhängige rekombinationskarten für jede der drei Körneramarantarten und ihren wilden Vorfahren erstellen. Dies wird uns die Kartierung von Anpassungsmerkmalen und vergleichende Analysen der Rekombinationslandschaft erlauben. Darüber hinaus werden wir mehrere CA-Karten für die verschiedenen Arten und verschiedene Gewebe erstellen, um die Stabilität von CA zu untersuchen. Durch die Kombination von Rekombinations- und Chromatindaten werden wir den Einfluss dieser Faktoren auf die Domestizierung von Kulturpflanzen im generellen untersuchen. Es ist zu erwarten, dass sich sowohl CA als auch die Rekombinationslandschahft während der Domestizierung verändert haben und sich eventuell unterschiedlich in den drei domestizierten Amarantarten angepasst haben.Mit offenem Chromatin als Schätzer für den funktionalen Teil des Genoms und individuellen Rekombinationskarten werden wir die Muster von Hintergrundselektion in Amarant und deren Veränderung während der Domestizierung untersuchen. Wir untersuchen ob sich diese Muster trotz der gemeinsamen Abstammung, zwischen den Körneramrantarten unterscheiden. Unsere Ergebnisse werden neue Erkenntnisse über die Wechselwirkung von genomischer Landschaft und Kulturpflanzenevolution liefern.
Durch die Integration genomischer, phänotypischer und geografischer Daten erweitert diese Forschung das Wissen über die Speziation von Pflanzenpathogenen, bei denen wenig über Fortpflanzungs- und Paarungsbarrieren bekannt ist. Ziel ist es, (1) zu untersuchen, ob strukturelle Unterschiede im Genom, die an der Infektion beteiligt sind, zu einer postzygotischen Isolierung führen; (2) den Beitrag von Allopatrie und Sympatrie zu Reproduktionsbarrieren und Unterschieden in der Pathogenese zu bestimmen; (3) Kreuzungen zu etablieren, um prä- und postzygotische Barrieren sowie Verstärkung zu untersuchen. Die kreativen Qualitäten dieser Forschung umfassen (1) die Integration von Theorien zur Genomarchitektur in der Pflanzenpathologie mit der Speziationstheorie; (2) Identifizieren, ob die vom Menschen vermittelte Migration von Pflanzenpathogenen mit den verschiedenen Fortpflanzungsbarrieren zusammenfällt, die an der Speziation beteiligt sind; und (3) direktes Testen der Partnerauswahl durch Beobachten des Verhaltens weiblicher Strukturen. Die Ergebnisse können das Gebiet der Pathogenspeziation verändern, in dem Reproduktions- und Paarungsbarrieren weitgehend ungetestet sind und sich auf verschiedenen Ebenen der biologischen Organisation befinden. Die Ergebnisse dieser Forschung werden nicht nur das Verständnis der Evolution von Pflanzenpathogenen verbessern, sondern auch zu anderen Bereichen der Mikrobiologie (Mykologie) und der allgemeinen Pathologie beitragen.
| Origin | Count |
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| Bund | 9 |
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| Förderprogramm | 9 |
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