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.
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.
Seit Beginn der 80er Jahre wird in der Ursachenforschung der Waldschaeden bestimmten Luftschadstoffen eine entscheidende Rolle beigemessen. Aus diesem Grund wurde von der Forstlichen Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Wuerttemberg ein Pilotprojekt begonnen. Ziel dieses Vorprojektes war die Entwicklung und Erprobung einer Grosskammer zur Untersuchung von Filterwirkung, Wintertauglichkeit und Kammerklima. Solche 'oben offenen Experimentierkammern' bieten die Moeglichkeit, Luftschadstoffe der Umgebungsluft auszuschliessen. Aus den Kontrollen mit den jeweiligen Freiluftbaeumen lassen sich dann Rueckschluesse auf die Auswirkungen der verschiedenen Schadstoffe ziehen. Dieses Pilotprojekt wurde im Muenstertal im Suedschwarzwald in 850 m ue NN durchgefuehrt. Die praktische Erprobung waehrend zweier Betriebsjahre zeigte einen weitgehend stoerungsfreien Kammerbetrieb. Die hoelzerne Konstruktion und die Folienbespannung widerstanden allen Belastungen durch Wind und Schnee. Lueftungs- und Filterungssystem arbeiteten befriedigend. Im Gegensatz zum technischen Kammerbetrieb bleiben die qualitativen Kammerbedingungen hinter den Erfordernissen zurueck. Eine wesentliche Abweichung von den Freilandbedingungen stellten die fehlenden Nebel- und Tauereignisse dar. Aus immissionsoekologischer Sicht entfielen hierdurch Depositionen, die fuer das aktuelle Schadensphaenomen der montanen Nadelvergilbung von besonderer Bedeutung sein koennten. Die nahezu lueckenlosen Messreihen der Klimawerte belegten ferner, dass die grundlegende Forderung nach einem freilandaehnlichen Kammerklima in den getesteten Kammern nur bedingt erfuellt werden konnte. Dies traf insbesondere fuer Luft- und Bodentemperaturen, fuer die relative Luftfeuchtigkeit und die Strahlungsverhaeltnisse zu. Aufgrund der beobachteten Klimaeffekte sowie des Fehlens wesentlicher immissionsoekologischer Feuchtefaktoren lassen die Testpflanzen sowohl kurz- als auch langfristig Wuchs- und Symptomreaktionen erwarten, die nicht mit denen des Freilandes vergleichbar sind. Unter diesen Bedingungen ist nur der Vergleich von Kammer zu Kammer statthaft. Die Durchfuehrung spezieller Kurzzeitexperimente (zB waehrend einer Vegetationsperiode) mit den Behandlungsvarianten Rein- und Umgebungsluft scheiterte an der relativ geringen Luftschadstoffbelastung des Projektstandortes. Gegen Langzeit-Experimente sprachen die nicht vergleichbaren Wachstumgsbedingungen innerhalb und ausserhalb der Kammern. Um uebertragbare Kammerergebnisse zu erzielen, muessten kostenintensive Optimierungsmassnahmen vorgenommen werden. Vorrangige Verbesserungen waeren im Bereich der Lichtbedingungen und der Temperaturreduktion angezeigt. Die Steuerungsgruppe kam zu dem abschliessenden Ergebnis, dass das Projekt im Vorprojektstadium abgeschlossen und am Standort 'Muenstertal' nicht in ein langfristiges Abschlussprojekt uebergeleitet werden sollte.
Entwicklung von Richtlinien zur Mittelpruefung an bestimmten Nutzarthropoden. Hier: Waldameisen (Formica polyctena) und Tachinen (Pales pavida). Spezielle Beruecksichtigung der Beeintraechtigung der Nutzfunktion der Versuchstiere (z.B. der Parasitierungsleistung u.a.). Durchfuehrung von Tests unter praxisueblichen Bedingungen, wobei nicht so sehr Insektizide, sondern Herbizide und Fungizide im Vordergrund stehen.
Der Wurzelgallennematode Meloidogyne javanica und der Erreger der Fusariumwelke, Fusarium oxysporum f.sp. lycopersici sind bedeutende Welkeerreger im Gemüsebau des Mittleren Ostens wie auch weltweit. In der Praxis treten beide Erreger häufig gemeinsam auf und verursachen synergistische Ertragsverluste. Die Bekämpfung beider Pathogene gestaltet sich als äußerst schwierig, wobei eine völlige Ausschaltung beider Pathogene in der Regel kaum möglich ist. In den vergangenen Jahren wurde das durch die beiden Pathogene hervorgerufene Welkesyndrom primär durch Bodenbegasung mit Methylbromid bekämpft. Die völlige Abhängigkeit von diesen zwar wirkungsvollen, aber auch umweltschädigenden Pflanzenschutzmitteln hat die Entwicklung alternativer Bekämpfungsverfahren über Jahre verhindert. Der Einsatz von Methylbromid wird ab dem Jahre 2001 verboten, da dieses Pestizid das Bodenleben zu 90 Prozent abtötet und in erheblichem Maße zur Zerstörung der Ozonschicht beiträgt. Die Entwicklung wirkungsvoller und umweltfreundlicher Bekämpfungsverfahren stellt eine der aktuellen Herausforderungen in der Phytomedizin dar. Eine der Möglichkeiten soll in dem vorliegenden Projekt näher untersucht werden. Durch Steigerung der Effektivität antagonistischer Mikroorganismen sowie gleichzeitiger Applikation von Mikroorganismen mit unterschiedlichem Wirkungsmechanismus wird die Bekämpfung des Welkesyndroms an Tomaten untersucht. Im einzelnen ergeben sich folgende Ziele: 1) Verbesserung der Wirksamkeit der antagonistischen Mikroorganismen Pseudomonas fluorescens T58 und Bacillus megaterium 25-6, sowie Trichoderma harzianum T-35 und T-203, 2) Optimierung von Formulierung und Applikation der Antagonisten, und 3) grundlegende Untersuchungen zur Wirkung der verbesserten Stämme auf Pflanzenentwicklung, Befallsverlauf und mikrobielle Diversität im Boden. Die Antragsteller verfügen über langjährige Erfahrungen zum Einsatz antagonistischer Mikroorganismen und der Bekämpfung des Welkesyndroms.
Das Pflanzenhormon Abszisinsäure (ABA) hat eine wichtige Rolle bei der Samenreifung und -keimung sowie bei der Anpassung an abiotische Streßfaktoren. Im Mittelpunkt des beantragten Forschungsprojekts steht die Identifizierung von Intermediärprodukten, die die Genexpression so steuern, daß Pflanzen eine besondere Anpassung an Trockenstreß zeigen. Diese Untersuchungen sollen von der extrem trockentoleranten Pflanze Craterostigma plantagineum ausgehen, die schon eingehend untersucht worden ist im Hinblick auf ABA induzierte Genexpression, die relevant ist für Trockentoleranz. In dem vorgeschlagenen Projekt sollen zwei wesentliche experimentelle Ansätze verfolgt werden: 1. Mit Hilfe des Hefe-Ein-Hybrid Systems sollen neue Faktoren gefunden werden, die mit Promotorelementen interagieren, die für die ABA Induktion relevant sind. 2. Eine mutagenisierte transgene Arabidopsislinie, die einen ABA induzierbaren C. plantagineum Promotor, gekoppelt an Reportergen, enthält, soll zur Suche von regulatorischen Mutanten in der ABA induzierten Genexpressionskaskade benutzt werden. Bei einer Mutation zeigt das Reportergen ein verändertes Expressionsmuster
Development of insecticide resistance in insect pest species is one of the main threats of agriculture nowadays. The cotton bollworm, Helicoverpa armigera, is the noctuid species possessing by far the most reported cases of insecticide resistance worldwide, correlated with one of the widest geographical distributions of any agricultural pest species. This turns H. armigera into an adequate model to study resistance mechanisms in detail. The main mechanisms underlying insecticide resistance are target side insensitivity and metabolism, mainly due to carboxylesterases and cytochrome P450 monooxygenases. Just recently, the resistance mechanism of an Australian H. armigera strain toward the pyrethroid fenvalerate was ascribed to a single P450, CYP337B3. CYP337B3 is a naturally-occurring chimera between CYP337B2 and CYP337B1 evolved by an unequal crossing-over event. This enzyme had acquired new and exclusive substrate specificities resulting in the detoxification of fenvalerate. This is the first known case of recombination as an additional genetic mechanism, besides over-expression and point mutation, leading to insecticide resistance. Therefore, CYP337B1, CYP337B2, and CYP337B3 are ideal candidates for studying structure-function relationships in P450s. The project aims to characterize amino acids that are crucial for the activity of CYP337B3 toward detoxification of fenvalerate. Additionally, cross-resistance conferred by CYP337B3 enables the determination of common structural moieties of pyrethroids favoring detoxification by CYP337B3 and those leading to resistance breaking. Pyrethroids with identified resistance breaking moieties could be used to control even pyrethroid-resistant populations of H. armigera. Another advantage of this system is the conferment of insecticide resistance by CYP337B3 that is not restricted to Australia but seems to be a more common mechanism as recently revealed by the finding of the chimeric P450 in a cypermethrin-resistant Pakistani strain. To shed light on the contribution of CYP337B3 to pyrethroid resistance of H. armigera and even closely related species worldwide, field populations from different countries will be screened by PCR for the presence of CYP337B3 and its parental genes. If applicable, the allele frequency of CYP337B3 will be determined being a convenient method to conclude the resistance level of the tested populations. Finally, the project will result in advising farmers on the control of populations of H. armigera and related species possessing CYP337B3. This will even become more important due to the climate change allowing H. armigera to spread northward including central Europe, where H. armigera is not yet able to survive wintertime.
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.
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.
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