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Evaluierung genetischer Ressourcen zur züchterischen Verbesserung von Winterlinsen für den Mischfruchtanbau

Entwicklung eines Ideotyps von Winterlinsen für den Mischfruchtanbau mit geeigneten Stützfrüchten in Deutschland und Erschließung genetischer Ressourcen für Anbau und Züchtung von Winterlinsen für den Mischanbau. Dies erfordert eine umfassende Testung hoch diverser genetischer Ressourcen im Feld an klimatisch unterschiedlichen Standorten, welche die Anbaubedingungen in Deutschland weitgehend repräsentieren. Um eine noch schärfere Selektion unter für die praktische Züchtung einfach realisierbaren natürlichen Bedingungen sicherzustellen, werden Topfversuche bzw. Weihenstephaner Kältekästen eingesetzt. Das im Topf schnell durchfrierende Erdreich stellt einen deutlich höheren Kältestress dar, als er im Feld mit Anschluss an den warmen Unterboden erreicht werden kann. Weitere Ziele sind die Aufdeckung und Überprüfung von Merkmalskorrelationen und das Auffinden morphologischer Marker sowie die Optimierung des Anbaus mit geeigneten Stützfrüchten. Letzteres umfasst sowohl die Steigerung der Konkurrenzkraft der Linse sowie ihrer Fähigkeit, an den Halmen und Stängeln der Stützfrucht emporzuklettern, aber auch die Auswahl standfester aber wenig konkurrierender Stützfruchtarten/-sorten in einer angepassten Aussaatstärke. Grundsätzlich ist die Linse konkurrenzschwach. Winterformen gängiger Stützfrüchte wie Getreide, Brassicaceen und Lein sind hingegen konkurrenzstärker als entsprechende Sommerformen. An drei Standorten sollen im ersten Jahr verschiedene Stützfruchtarten in unterschiedlicher Aussaatstärke mit zwei Linsensorten getestet werden. Die Verbesserung der Ertragsparameter unter geeigneten Anbaubedingungen im Mischanbau ist das Endziel des Projekts. Hierzu werden an zwei ökologisch bewirtschafteten Standorten und einem extensiv konventionell bewirtschafteten im zweiten und dritten Jahr Leistungsprüfungen für Linsengenotypen durchgeführt. Die Ergebnisse gehen in die praktischen Züchtungsarbeiten am Keyserlingk-Institut ein, die bisher auf Sommelinse beschränkt sind.

Neue Ressourcen für die Resistenzzüchtung gegen Schadinsekten und Hitzestress geeignet für den Rapsanbau unter geringer Anbauintensität, Teilvorhaben C

Wurzelarchitektur- und Wurzelplastizitätsmerkmale für stickstoffeffiziente und trockenstressresiliente Gerstensorten

Stickstoff- (N) und Wassernutzungseffizienz spielen eine Schlüsselrolle bei der Stabilisierung der Erträge unter den Herausforderungen des Klimawandels und einer restriktiveren Düngepolitik. Obwohl N- und Wasseraufnahme stark von Wurzelsystemen abhängig sind, werden Wurzelarchitektur- und -plastizitätsmerkmale (Fähigkeit von Wurzeln, ihre dreidimensionale Struktur dynamisch zu ändern) in aktuellen Zuchtprogrammen kaum berücksichtigt. Daher hat sich das FuE-Vorhaben 'SMARTROOT' zum Ziel gesetzt, die Züchtung zur Verbesserung der N- und Wassereffizienz durch die Bestimmung geeigneter Wurzelmerkmale zu beschleunigen. Um dieses Ziel zu erreichen, wird SMARTROOT eine neuartige, nicht-invasive Phänotypisierungsmethode entwickeln und einsetzen, um mehrere Wurzelmerkmale bei variabler N- und Wasserverfügbarkeit in einer Kartierungspopulation von Gerstenakzessionen abzubilden und zu analysieren. Die gesammelten Daten werden verwendet, um morphologische und anatomische Wurzelmerkmale und die zugrunde liegenden genetischen Faktoren zu identifizieren, die mit einer verbesserten N- und Wasseraufnahme assoziiert sind. Auf Grundlage günstiger Variationen in Wurzelmerkmalen werden die identifizierten Genloci verwendet, um Doppelhaploiden (DH)-Populationen und neue genetische Marker zu generieren, die es erlauben, vorteilhafte Wurzelmerkmale zielsicher in Elitelinien zu übertragen.

Wurzelarchitektur- und Wurzelplastizitätsmerkmale für stickstoffeffiziente und trockenstressresiliente Gerstensorten, Teilprojekt A

Stickstoff- (N) und Wassernutzungseffizienz spielen eine Schlüsselrolle bei der Stabilisierung der Erträge unter den Herausforderungen des Klimawandels und einer restriktiveren Düngepolitik. Obwohl N- und Wasseraufnahme stark von Wurzelsystemen abhängig sind, werden Wurzelarchitektur- und -plastizitätsmerkmale (Fähigkeit von Wurzeln, ihre dreidimensionale Struktur dynamisch zu ändern) in aktuellen Zuchtprogrammen kaum berücksichtigt. Daher hat sich das FuE-Vorhaben 'SMARTROOT' zum Ziel gesetzt, die Züchtung zur Verbesserung der N- und Wassereffizienz durch die Bestimmung geeigneter Wurzelmerkmale zu beschleunigen. Um dieses Ziel zu erreichen, wird SMARTROOT eine neuartige, nicht-invasive Phänotypisierungsmethode entwickeln und einsetzen, um mehrere Wurzelmerkmale bei variabler N- und Wasserverfügbarkeit in einer Kartierungspopulation von Gerstenakzessionen abzubilden und zu analysieren. Die gesammelten Daten werden verwendet, um morphologische und anatomische Wurzelmerkmale und die zugrunde liegenden genetischen Faktoren zu identifizieren, die mit einer verbesserten N- und Wasseraufnahme assoziiert sind. Auf Grundlage günstiger Variationen in Wurzelmerkmalen werden die identifizierten Genloci verwendet, um Doppelhaploiden (DH)-Populationen und neue genetische Marker zu generieren, die es erlauben, vorteilhafte Wurzelmerkmale zielsicher in Elitelinien zu übertragen.

Wurzelarchitektur- und Wurzelplastizitätsmerkmale für stickstoffeffiziente und trockenstressresiliente Gerstensorten, Teilprojekt B

Stickstoff- (N) und Wassernutzungseffizienz spielen eine Schlüsselrolle bei der Stabilisierung der Erträge unter den Herausforderungen des Klimawandels und einer restriktiveren Düngepolitik. Obwohl N- und Wasseraufnahme stark von Wurzelsystemen abhängig sind, werden Wurzelarchitekturmerkmalen und Wurzelplastizität (Fähigkeit von Wurzeln, ihre dreidimensionale Struktur dynamisch zu modulieren) in aktuellen Zuchtprogrammen selten berücksichtigt. Daher hat sich das FuE-Vorhaben 'SMARTROOT' das Ziel gesetzt, die Züchtung der N- und Wassereffizienz durch Verbesserung der Wurzelmerkmale zu beschleunigen. Um dieses Ziel zu erreichen, wird SMARTROOT einen neuartigen, nicht-invasiven Phänotypisierungsmethode entwickeln und einsetzen, um mehrere Wurzelmerkmale bei variabler N- und Wasserverfügbarkeit in einer Kartierungspopulation von Gerstenakzessionen abzubilden und zu analysieren. Die gesammelten Daten werden verwendet, um morphologische und anatomische Wurzelmerkmale (plastisch oder nicht) und die zugrunde liegenden genetischen Faktoren zu identifizieren, die mit einer verbesserten N- und Wasseraufnahme assoziiert sind. Die aufgedeckte phänotypische Wurzelvariationen und die identifizierten 'quantitative trait loci' werden verwendet, um Doppelhaploiden (DH)-Populationen und neue genetische Marker zu generieren, und um vorteilhafte Wurzelmerkmale schnell in Elitelinien zu übertragen.

Nachweis von Nährstoffbiomarkern für das AI-vermittelte Düngemittelmanagement in der Landwirtschaft, TP1: XAI-NAIFM: Erklärbare KI zu Detektion von Früherkennungsmarkern

Förderung der Züchtung durch mehrstufige Modellierung, Teilvorhaben C

Förderung der Züchtung durch mehrstufige Modellierung, Teilvorhaben E

Identifizierung von genetischen und phänotypischen Merkmalen in dem Wurzelsystem trockentoleranter Sommergerste (Hordeum vulgare)

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

ArTTA-10mL: Ein Instrument für die 39Ar-Datierung von kleinen Eis- und Wasserproben

Das Edelgasradioisotop 39Ar ist von großem Interesse für die Datierung in Ozeanographie, Glaziologie und Hydrogeologie, da es das einzige Isotop ist, das den wichtigen Altersbereich zwischen ca. 50 und 1000 Jahren abdeckt. Die fundamental neue Messmethode der Atom Trap Trace Analysis (ATTA), welche die 81Kr Datierung zum ersten Mal möglich gemacht hat, besitzt das Potenzial, die Anwendungen von 39Ar zu revolutionieren, indem sie die benötigte Probengröße um einen Faktor 100 bis 1000 reduziert. In einem Vorgängerprojekt haben wir zum ersten Mal gezeigt, dass die Messung von 39Ar an natürlichen Proben mit ATTA möglich ist, allerdings benötigten wir dazu immer noch Tonnen von Wasser. Vor kurzem haben wir anhand von Proben aus ersten Pilotprojekten mit Ozeanwasser und alpinem Eis gezeigt, dass die 39Ar-ATTA (ArTTA) Messung an Proben von ca. 25 L Wasser oder 10 mL Ar oder weniger möglich ist. Dieser Erfolg eröffnet komplett neue Perspektiven für die Anwendung der 39Ar-Datierung, die sehr wertvolle Information ergeben wird, die ansonsten nicht zugänglich wäre. Der Bedarf für solche Analysen, insbesondere im Gebiet der Spurenstoff-Ozeanographie, ist gut etabliert und dokumentiert durch Unterstützungsschreiben von unseren derzeitigen Partnern für ArTTA Anwendungen. Dieser Antrag wird es uns ermöglichen, die weltweit ersten ArTTA Geräte zu bauen, die auf Routinebetrieb mit kleinen Proben ausgelegt sind. Wir streben den Aufbau einer 39Ar-Datierungsplattform an, welche die Anforderungen für die Datierung in den Feldern der Grundwasserforschung, Ozeanographie und Gletscherforschung erfüllt. Um sinnvolle Anwendungen in der Tracerozeanographie zu ermöglichen, wird eine Kapazität von mindestens 200 Proben pro Jahr benötigt. Das neue Gerät für die Forschung wird damit lange angestrebte Anwendungen erlauben, die sonst nicht möglich wären. Basierend auf bisheriger Forschung haben wir einen klaren Plan für den Aufbau einer kompletten Plattform für den Betrieb von ArTTA: Eine neue Probenaufbereitungslinie basierend auf dem Gettern von reaktiven Gasen erlaubt die Abtrennung von bis zu 10 mL reinem Ar aus kleinen (kleiner als 25 L Wasser oder 10 kg Eis) Umweltproben in wenigen Stunden. Diese Proben werden zum ArTTA Gerät transferiert, welches aus zwei Modulen besteht: Das Optik-Modul erzeugt die benötigten Laserfrequenzen und Laserleistung, das Atom-Modul ist der Teil in dem die Atome mit atomoptischen Werkzeugen detektiert werden, die wir im Prototyp aus dem vorherigen Projekt realisiert haben. So weit als möglich wird die Anlage aus zuverlässigen, hochleistungsfähigen kommerziellen Teilen gebaut. Das System wird in einer hochkontrollierten Containerumgebung installiert, was einen modularen Aufbau gewährleistet, der in Zukunft an unterschiedlichen Orten aufgebaut werden kann.

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