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Aerobic mikrobielle Aktivität in der Tiefsee abyssal Ton

Meeressedimente enthalten schätzungsweise größer als 10^29 mikrobielle Zellen, welche bis zu 2.500 Meter unter dem Meeresboden vorkommen. Mikrobielle Zellen katabolisieren unter diesen sehr stabilen und geologisch alten Bedingungen bis zu einer Million mal langsamer als Modellorganismen in nährstoffreichen Kulturen und wachsen in Zeiträumen von Jahrtausenden, anstelle von Stunden bis Tagen. Aufgrund der extrem niedrigen Aktivitätsraten, ist es eine Herausforderung die metabolische Aktivität von Mikroorganismen unterhalb des Meeresbodens zu untersuchen. Die Transkriptionsaktivität von diesen mikroben kann seit Kurzem metatranskriptomisch untersucht werden, z.B. durch den Einsatz von Hochdurchsatzsequenzierung von aktiv transkribierter Boten-RNA (mRNA), die aus Sedimentproben extrahiert wird. Tiefseetone zeigen ein Eindringen von Sauerstoff bis zum Grundgebirge, welches auf eine geringe Sedimentationsrate im ultra-oligotrophen Ozean zurückzuführen ist. Der Sauerstoffverbrauch wird durch langsam respirierende mikrobielle Gemeinschaften geprägt, deren Zellzahlen und Atmungsraten sehr niedrig gehalten werden durch die äußerst geringe Menge organischer Substanz, die aus dem darüber liegendem extrem oligotrophen Ozean abgelagert wird. Die zellulären Mechanismen dieser aeroben mikroben bleiben unbekannt. Im Jahr 2014 hat eine Expedition erfolgreich Sedimentkerne von sauerstoffangereichertem Tiefseeton genommen. Vorläufige metatranskriptomische Analysen dieser Proben zeigen, dass der metatranskriptomische Ansatz erfolgreich auf die aeroben mikrobiellen Gemeinschaften in diesen Tiefseetonen angewendet werden kann. Wir schlagen daher vor diese Methode mit einem hohen Maß an Replikation, in 300 Proben von vier Standorten, anzuwenden. Dieser Einsatz wird es uns ermöglichen, Hypothesen in Bezug auf zelluläre Aktivitäten unterhalb des Meeresbodens, mit einer beispiellosen statistischen Unterstützung, zu testen.Wir warden den aeroben Stoffwechsel, welcher die langfristige Existenz von Organismen in Tiefseetonen unterstützt, bestimmen, Subsistenzstrategien identifizieren in aeroben und anaeroben Gemeinden unterhalb des Meeresbodens, und extrazelluläre Enzyme und ihr Potenzial für den organischen Substanzabbau charakterisieren. Die folgenden Fragen werden damit beantwortet: Wie das Leben im Untergrund über geologische Zeiträume unter aeroben Bedingungen überlebt? Was die allgegenwärtigen und einzigartigen Mechanismen sind, die langfristiges Überleben in Zellen unter aeroben und anaeroben Bedingungen fördert? Was die Auswirkungen von Sedimenttiefe und Verfügbarkeit von organischer Substanz auf die mikrobielle Produktion von extrazellulären Hydrolasen unter aeroben und anaeroben Bedingungen sind? Dies wird sowohl ein besseres Verständnis dafür liefern, wie mikrobielle Aktivitäten unterhalb des Meeresbodens verteilt sind und was ihre Rolle in biogeochemischen Zyklen ist, als auch wie das Leben über geologische Zeiträume unter extremer Energiebegrenzung überlebt.

Adaptive Introgressionen in Hybridschwärmen zwischen Wild- und Kulturgerste in Israel

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.

Einheimische brasilianische Pflanzen als Quelle für innovative Rohstoffe für eine nachhaltige landwirtschaftliche und kosmetische Nutzung als Beitrag zu einer verbesserten Bioökonomie

Das Ziel des Gesamtantrags ist es, innovative Rohstoffe auf Basis brasilianischer Pflanzen für die Kosmetikindustrie zu entwickeln, die wirtschaftlich rentabel produziert werden können. Um dieses Ziel zu erreichen, werden die Projektpartner (brasilianische (Universidade Federal de Goiás, UFG; Universidade Federal de São Paulo, UNIFESP) und deutsche Universitäten (Bergische Universität Wuppertal, BUW; Freie Universität Berlin, FUB) sowie ein Industrieunternehmen (Livealoe) spezifische Teilziele verfolgen. Die Teilziele des BUW-Teams sind: 1. die Kultivierungsfähigkeit der brasilianischen Pflanzen B. trimera, D. alata, L. sidoides und P. Marginatum auf Böden in Deutschland zu testen und die Auswirkungen des Gehalts und der Verfügbarkeit von Nährstoffen und Spurenelementen in den Böden auf das Pflanzenwachstum und die Produktivität zu quantifizieren; 2. die Nährstoffgehalte in den beprobten Böden der Siedlung Canudos zu bestimmen, und 3. den Einfluss der Bodeneigenschaften, des Gehalts und der Verfügbarkeit von Makro- und Mikronährstoffen sowie von Spurenelementen und toxischen Elementen (TE) auf das Pflanzenwachstum und die Produktivität in den für den Anbau genutzten brasilianischen Böden zu erforschen. Dies ist notwendig, um die Rolle von Nährstoffen und TEs auf das Pflanzenwachstum und die Produktion von wirksamen und sicheren Kosmetika zu klären. Die Ergebnisse haben einen direkten positiven Einfluss auf die Wirtschaft, die Gesellschaft und die Umwelt. Sie tragen dazu bei, die Wettbewerbsfähigkeit der Bioökonomie in Brasilien und Deutschland und das Wachstumspotenzial auf internationalen Märkten zu sichern und zu stärken, was dem Leitbild des BMEL entspricht.

Entwicklung mikrobiologisch-toxikologischer Testverfahren zur Bestimmung der Schadwirkung von wassergefaehrdenden Stoffen und Industrieabwasser

Quantitative mikrobiologisch-toxikologische Testverfahren zur Erfassung der beginnenden Schadwirkung wassergefaehrdender Stoffe und Industrieabwaesser auf Modellorganismen der biologischen Selbstreinigung.

Molekularbiologische Untersuchungen zur Funktion und Umwelt-kontrollierten Regulation des Invasin-vermittelten Aufnahmeprozesses von Yersinia pseudotuberculosis in eukaryontischen Wirtszellen

Die Aufnahme von Bakterien in ihre Wirtszellen ist ein wichtiger Schritt bei der Auslösung von Infektionskrankheiten. Im Rahmen dieses Projektantrags soll am Modellorganismus Yersinia pseudotuberculosis detaillierte Information über die Expression und Funktion des bakteriellen Invasionsfaktors Invasin und wirtsspezifischer Komponenten zu gewinnen, die an der Adhäsion und Einwanderung in eukaryontische Zellen beteiligt sind. Invasin wird in vitro durch diverse Umweltsignale kontrolliert und ist demnach nur zu bestimmten Zeiten, an definierten Orten im Wirt induziert. Im Rahmen des Antrags wollen wir die Expression von Invasin in Zellkultur und dann in vivo im Mausinfektionsmodell verfolgen und mit der Expression anderer Adhäsine vergleichen. Dabei sollen die Regulatoren und Sensoren identifiziert und charakterisiert werden, durch die die Wirtssignale von Yersinia wahrgenommen und weitergeleitet werden. Die Invasin vermittelte Aufnahme erfolgt durch die aufeinander folgende Bindung und Clusterung von eukaryontischen beta1-Integrinrezeptoren, wobei diverse Signaltransduktionsprozesse der Endozytose und des Cytoskeletts beteiligt sind. In einem zweiten Projekt sollen die an der Aufnahme beteiligten Signal- und Adaptormoleküle der Wirtszellen identifiziert und ihre Funktion bei der bakteriellen Invasion näher untersucht werden.

Entwicklung eines innovativen umweltschonenden Bekämpfungsverfahrens von Psylliden im Obstbau mittels RNA-Interferenz

Zielsetzung: Psylliden (Blattsauger) sind für den Obstbau in zweifacher Hinsicht ein Problem: zum einen können Birnblattsauger Primärschäden durch ihre Saugtätigkeit verursachen, zum anderen sind Psylliden effektive Überträger wirtschaftlich bedeutender Phytoplasmosen (Apfeltriebsucht, Birnenverfall, Europäische Steinobstvergilbung) im Kern- und Steinobst. Die Ausbreitung dieser Krankheiten kann nur durch die Bekämpfung der Überträger eingedämmt werden. Die Birnblattsauger werden seit den 60er-Jahren massiv mit Insektiziden bekämpft, jedoch endet die Zulassung für die letzten systemischen Mittel 2025. Im deutschen Erwerbsanbau und im europäischen Ökolandbau gibt es bereits keine zugelassenen Mittel mehr gegen die Phytoplasma-übertragenden Sommerapfel- und Pflaumenblattsauger. Der umweltpolitisch gewollte Wegfall wirksamer Insektizide wird daher zu einem existenzbedrohenden Problem im Obstbau, was das Verschwinden von Obstkulturen mit hoher Biodiversität zur Folge hat. Innovative und nachhaltige Ansätze sind erforderlich, um die Schädlingsprobleme der Gegenwart und Zukunft zu managen und den ökologisch wertvollen Obstbau zu erhalten. Es wurde bereits gezeigt, dass die RNA Interferenz (RNAi), ein natürlicher Mechanismus zur Stilllegung von Genen in Pflanzen, Tieren und Pilzen, als neuer Wirkmechanismus für exogen applizierte doppelsträngige (ds) RNA-Moleküle zur Bekämpfung von Insekten dienen kann. Auch Psyllidenarten wie die Asiatische Zitrus-Psyllide sind für RNAi empfänglich. Mit entsprechend designten dsRNA-Molekülen können die Schadinsekten spezifisch bekämpft werden, ohne die bei anderen Pestiziden üblichen non-target-Effekte, und mit vernachlässigbarer Umweltbelastung, da RNA-Moleküle biologisch leicht abbaubar sind. Ziel des Projektes ist es daher, am Beispiel von Psylliden die Grundlagen für eine auf RNAi basierende spezifische und umweltschonende Bekämpfungsmethode zu entwickeln. Hierzu sollen zunächst dsRNAs gegen Targetgene der betreffenden Psylliden produziert und deren Wirksamkeit in in vitro Fütterungsversuchen untersucht werden. Diese dsRNAs sollen dann mittels Stammapplikation oder Wurzelaufnahme in Testpflanzen eingebracht und die Aufnahme dieser dsRNAs durch die saugenden Psylliden untersucht werden. Hierfür muss die dsRNA in eine Formulierung gebracht werden, welche sie für den Einsatz ausreichend stabilisiert, ohne ihre Wirksamkeit in der Pflanze einzuschränken. Zu diesem Zweck werden Verkapselungstechniken mit unterschiedlichen Materialien erprobt.

Lure and Monitoring System - Mobiles Lock- und Monitoringsystem zum engmaschigen Überwachen von Schadinsektenbefall mittels adaptiver, vollautomatischer LED-Lichttafel und simultane Laserbekämpfung identifizierter Schädlinge, Teilprojekt F

Eignung von Phragmites als nachwachsender Rohstoff

Die oekologische Versuchsfarm des Instituts fuer Oekologie der Pflanzen im ariden Suedwesten Afrikas wird von einem Salzfluss durchschnitten, dessen Flussbett und Flussufer auf ca 10 km Laenge und 200 m Breite von dichten Phragmites-Bestaenden bewachsen wird. An diesen Bestaenden werden produktionsbiologische Untersuchungen durchgefuehrt mit dem Ziel, die Eignung von Phragmites australis als nachwachsender Rohstoff zu charakterisieren.

Wiederansiedlung vom Aussterben bedrohter Pilze in Mitteleuropäischen Wäldern

Zielsetzung: Die Degradation von Ökosystemen und der Verlust der Biodiversität sind zwei der drängendsten Probleme unserer Zeit. Die EU-Biodiversitätsstrategie für 2030 sieht vor, geschädigte Ökosysteme zu restaurieren und die Natur langfristig zu schützen. Für Waldökosysteme wurden bereits verschiedene Naturschutzkonzepte erarbeitet und etabliert, um Waldwirtschaft nachhaltig und in Einklang mit Biodiversitätsförderung zu gestalten. Unter anderem soll der Anteil von Totholz gesteigert werden sowie die strukturelle Vielfalt durch den Erhalt alter Bäume und der Schaffung von Lichtungen. Neben der Steigerung der Habitatqualität muss jedoch auch gewährleistet sein, dass bedrohte und seltene Arten die neu geschaffenen Lebensräume besiedeln können, was insbesondere bei Arten mit Individuen-armen Populationen und stark eingeschränktem Verbreitungsarealen kaum möglich ist. Im Projekt „Wiederansiedlung vom Aussterben bedrohter Pilze in Mitteleuropäischen Wäldern“ sollen seltene Pilzarten, die sich vom Abbau organischer Substanz ernähren, durch gezielte Wiederansiedlung gefördert werden. Pilze sind bisher im institutionellen Naturschutz sowie in den gängigen Naturschutzgesetzgebungen unterrepräsentiert. Ziel des Projektes ist es, ausgewählte Naturnähezeiger verschiedener Lebensräume erfolgreich im Labor zu kultivieren, in geeigneten Habitaten anzusiedeln und Artenschutzkonzepte für diese Arten zu entwickeln. Die Relevanz, für welche Arten Schutzkonzepte und Wiederansiedlungen durchgeführt werden sollen, basieren hierbei auf verschiedenen Kriterien, wie der Listung als Naturnähezeiger, der allgemeinen Seltenheit sowie der Isoliertheit bestehender Vorkommen. Es sollen gleichermaßen Arten berücksichtigt werden mit einem sehr engen und weiterem Wirtsspektrum. Die ermöglicht, Erkenntnisse darüber zu gewinnen wie sich Wirtsspektren durch die Forstwirtschaft im Klimawandel (z.B. Nutzung von klimawandelresistenten Baumarten als Wirt) verändern könnten. Die ausgewählten Pilzarten habe große naturschutzfachliche Relevanz über das Projektgebiet Bayerischer Wald hinaus in ganz Deutschland und stellen somit geeignete Modelorganismen dar. Übergeordnetes Ziel ist es, ein wissenschaftlich fundiertes Modellkonzept zur Erhaltung besonders seltener, wirtsgebundener Baumpilze zu entwickeln. Die im Anschluss und auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse ausgearbeiteten Artenhilfsprogramme sollen ein Zeichen zur stärkeren Beachtung des Reiches der Pilze im Naturschutz setzen.

Verhalten von Herbiziden in Gewaessern

Durch die Anwendung von Herbiziden in Gewaessern ist eine Beeintraechtigung des Wassers selbst sowie der Wasseroekologie moeglich. Mit Hilfe von Biotesten sollen derartige Veraenderungen nachgewiesen werden. Hierfuer sind geeignete Testorganismen erforderlich, die sowohl Aufschluss darueber geben, um welche Wirkstoffe es sich handelt, als auch eine ausreichende Empfindlichkeit erkennen lassen, damit selbst Spuren von Aktivsubstanzen angezeigt werden. Neben dem Nachweis von Wirkstoffen interessierte bei diesem Forschungsvorhaben vor allem die Beeinflussung der Wasserqualitaet. Hier ist es insbesondere die Sauerstoffkonzenerqualitaet. Hier ist es insbesondere die Sauerstoffkonzentration, deren Veraenderung zu einer erheblichen Beeintraechtigung der Biozoenose des Wassers fuehren kann. Aus diesem Grunde wurde daher vorrangig der Einfluss von verschiedenen Wasserherbiziden auf diese Konstante untersucht.

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