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The biotrophic fungus Ustilago maydis infects corn and induces the formation of tumors. In order for the fungus to proliferate in the infected tissue, U. maydis has to redirect the metabolism of the host to the site of infection. We wish to elucidate how this is accomplished. To this end we will perform transcript profiling during the time course of infection for both, the fungus and the maize plant. This will be complemented by metabolome analysis of different tissues during infection as well as by apoplastic fluid analysis. The goals will be to identify the carbon sources taken up by the fungus during biotrophic growth, to identify the transporters required for uptake, determine their specificity and elucidate how these carbon sources are provided by the plant. Fungal mutants affected in discrete stages of pathogenic development will be included in these studies. Likely candidate genes for carbon uptake/supply as well as for redirecting host metabolism will be functionally characterized by generating knockouts in the fungus and by isolating plants carrying mutations in respective genes or by generating transgenic plants expressing RNAi constructs.
This project is aimed at the characterization of the systemic reprogramming in barley, which modulates the compatible interaction with the biotrophic leaf pathogen Blumeria graminis f.sp. hordei upon root infestation with the mutualistic endophyte Piriformospora indica. We have recently shown that the basidiomycete P. indica - upon successful establishment in the roots - reprograms barley to salt stress tolerance, resistance to root diseases and higher yield (Waller et al., 2005). Successful powdery mildew infections in barley leaves are also disturbed by the mutualistic fungus. These processes are associated with a strong change in plant metabolism, especially with a drastic alteration of leaf and root antioxidants. On the basis of these findings we will perform an in-depth analysis of the barley metabolome (B6) and transcriptome (B7) with two specific foci: First, to elucidate the process of establishment of the mutualistic fungus within the barley roots; second, to characterize elements of the systemic response in leaves leading to an interruption or failure of compatibility processes required for successful establishment of biotrophic leaf pathogens like Blumeria. New gene candidates will be pre-selected systematically for their regulatory role in compatibility by means of transiently transformed barley leaves upon Blumeria inoculation. Stable transgenic barley and maize lines (B3) generated with verified gene candidates and genes identified by other projects (A1, A2, B5, B6) will be tested with Blumeria and P. indica. By comparing candidate genes in the different plant - microbe systems, we will identify common regulatory processes, metabolites and metabolic networks implicated in compatibility including those required for successful interactions with mutualistic fungi.
Can wheat be genetically engineered to become durably resistant to mildew? Individual resistance genes to mildew protect wheat plants against some, but not all, variants of this pathogen. A series of field trials will be carried out to test various means of genetically engineering wheat to enhance its resistance. The combination of several genes will play a central role in this project. Background Wheat has various genes that are responsible for resistance to mildew. One of these genes has seven variants, known as alleles. Individually, these alleles make wheat resistant to some, but not all, variants of the mildew fungus. There are in fact varieties of conventional wheat that have a certain degree of resistance to mildew. However, this resistance is often lost within a short time-frame. To overcome this shortcoming, genetic engineering will be used to combine the alleles. Field trials are the only way to find out whether long-term resistance can be achieved by this means. Objectives Various transgenic wheat lines will undergo comprehensive testing in a field trial (cf. Keller project I). The aim is first to establish whether the individual lines do indeed have better resistance to mildew. The second aim is to investigate how the additional gene affects the performance of the plant - in terms of yield, for example. The project also aims to analyse the effect of the environment on the plants' resistance properties. Methods Transgenic wheat lines - each containing one of the seven resistance alleles - will be developed and tested over three years for properties including seed maturation, yield and resistance following artificial and natural infection with mildew. Some of these lines will also be cultivated as a seed mixture. At the same time, wheat lines will be produced which combine the different alleles in the same plant. Both trials will test whether and to what extent mildew develops less frequently. Significance This is the first time that a field trial of this size will be carried out with transgenic plants in Switzerland. The project will not only elicit a major response from the general public, it will also provide new facts about the possible benefits of genetically modified plants.
Pflanzliche P450-Enzyme besitzen sowohl Aufgaben im Primär- und Sekundärstoffwechsel der Pflanzen als auch in der Metabolisierung von Xenobiotika einschließlich Herbiziden. Da z.B. Mais eine natürliche Resistenz gegenüber dem Triazin-Herbizid Atrazin aufweist, konnten suszeptible Wildpflanzen, die bei Feldanbau neben den Kulturpflanzen aufkommen, durch Anwendung des Herbizids ohne Schädigung der Kulturpflanzen selektiv bekämpft werden (Herbizidselektivität). Kulturpflanzen wie z.B. Tabak und Kartoffel, die keine oder nur eine unzureichende natürliche Resistenz gegenüber einem bestimmten Herbizid besitzen, können durch Agrobacterium tumefaciens-vermittelte Transformation mit einem Säuger-P450-Isoenzym (z.B. CYP1A1 oder CYP1A2) Herbizid-resistent werden. Seit einigen Jahren gibt es in dieser Richtung Bestrebungen, P450-transgene Pflanzen herzustellen. Aufgrund der überlappenden, breiten Substratspezifität des jeweils eingebrachten Säuger-P450-Isoenzyms (Ratte, Mensch) wird in den transgenen Pflanzen meist eine multiple Resistenz gegen verschiedene Herbizide mit unterschiedlichen Strukturen und Wirkmechanismen beobachtet. Vor der Vermarktung von transgenen Pflanzen müssen diese in Feldversuchen getestet werden. Dabei wird die Verträglichkeit des Genproduktes, die Eigenschaften der modifizierten Pflanze, die Expressionsstabilität des eingebrachten Fremd-Gens und mögliche ökologische Auswirkungen untersucht. Zusätzlich sollte neben der Substratspezifität des fremden P450-Isoenzyms gegenüber Xenobiotika getestet werden, ob pflanzliche Sekundärmetaboliten als Substrate in Frage kommen. Außerdem sind mögliche Einflüsse auf den normalen Stoffwechsel der Pflanzen von Interesse, die sich auf den Phänotyp der Pflanzen auswirken können. Z.B. wurde bei Cyp2c14-transformierten Tabak-Pflanzen (aus Kaninchen) eine verstärkte Seneszenz beschrieben, die sich in einem verringertem Chlorophyll-Gehalt, einem erhöhten Gehalt an Abbauprodukten der Lipid-Peroxidation und einem Abbauprodukt des Nornicotins und in einer Abnahme des Nicotin-Gehaltes äußerte. Außerdem wuchsen die Pflanzen langsamer und brauchten mehr Zeit zur Bewurzelung. Dies sind Anzeichen dafür, dass das Einbringen eines Fremd-P450-Gens in Tabak über die oxidative Veränderung der Membranlipide oder -sterole und damit über die Veränderung der Membranstruktur, durch einen hormonellen Eingriff durch Umsetzung eines Brassinosteroids oder die Unterdrückung endogener P450-Gene möglicherweise schwerwiegende metabolische Auswirkungen zur Folge haben kann. Vor diesem Hintergrund wurde untersucht, ob die Agrobakterien-vermittelte Transformation von Tabak mit der cDNA des humanen CYP1A2 Auswirkungen auf den endogenen Nicotin-Gehalt der Pflanzen zur Folge haben. CYP1A2 gehört dabei neben anderen Isoenzymen im Gegensatz zu den Hauptenzymen CYP2A6, CYP2B6 und CYP2D6 zu den Isoenzymen, die Nicotin nur bei hoher Substratkonzentration umsetzen. Nicotin besitzt dabei als natürliches Insektizid eine wichtige ökol u.s.w.
Gentechnisch veraenderte Pflanzen enthalten haeufig als Selektionsmarke das Antibiotika-Resistenz-Gen Neomycin-Phospho-Transferase (NPTII) in ihrem Erbgut. Die Kultivierung solcher Pflanzen im Freiland wirft die Frage auf, ob das NPTII-Gen wieder in Bakterien zurueckgelangen kann. Bei den zu unterscheidenden Pflanzen handelt es sich um Tabak oder Petunien, die mit unterschiedlich modifizierten NPTII-Genen transformiert worden sind. Es soll ueberprueft werden, ob durch die Verrottung dieser Pflanzen das NPTII-Gen in die Erde gelangen und dort von Bodenbakterien aufgenommen und weitervererbt werden kann. Zum Nachweis eines solchen etwaigen horizontalen Gentransfers wird eine hochempfindliche und spezifische Nachweismethode ('Polymerase-Chain-Reaction') eingesetzt. Die Untersuchungen zum Gentransfer werden sowohl im Gewaechshaus (Tabak und Petunie) als auch im Freiland (Petunie) durchgefuehrt. Dabei sollen Erkenntnisse gesammelt werden, inwieweit Gentransferereignisse im Freiland durch analoge Versuche im Gewaechshaus vorhergesagt werden koennen.
Glufosinat (oder Phosphinotricin) ist ein vergleichsweise modernes Herbizid, das seit etwa 25 Jahren in Gebrauch ist. Bei der Verbindung handelt es sich um eine Aminosäure; üblicherweise bezeichnet man das DL-Racemat als Glufosinat, das L-Enantiomer als Phosphinothricin. Die Verbindung ist Teilstruktur eines von den Pilzen Streptomyces viridochromogenes und Streptomyces hygroscopicus produzierten natürlichen Antibiotikums (Tripeptid: L-Alanin-L-Alanin-L-Phosphinothricin). Neben seiner antibakteriellen Wirkung zeigt Glufosinat eine nicht-selektive herbizide Wirkung. Der antibakterielle und herbizide Effekt geht nur vom L-Enantiomer aus; das D-Enantiomer ist inaktiv. Sowohl Glufosinat (Racemat) als auch das Tripeptid (Bialaphos oder Bilanaphos; mit L-Enantiomer) werden als Herbizide vermarktet. Die herbizide Wirkung von Phosphinothricin beruht auf einer Inhibition der Glutaminsynthetase. Glufosinat weist günstige ökotoxikologische Eigenschaften auf, z.B. bezüglich Versickerung, Abbau sowie Toxizität gegenüber Tier und Mensch. Auf Grund dieser Eigenschaften ist Glufosinat ein geeigneter Kandidat zur Herstellung gentechnisch modifizierter Herbizid-resistenter Pflanzen, um Glufosinat auch selektiv - im Nachauflauf - einsetzen zu können. Dazu wurden verschiedene Spezies, wie z.B. die Zuckerrübe, mit dem bar-Gen aus Streptomyces hygroscopicus transformiert. Das bar-Gen codiert für eine Phosphinothricin-N-acetyltransferase, die Phosphinothricin zum nicht herbizid-wirksamen, stabilen N-Acetylderivat umsetzt. Bei entsprechend hoher Expression des bar-Gens resultiert eine Glufosinat-resistente Pflanze. Ein Ziel unseres Forschungsvorhabens war es, den Metabolismus von Glufosinat und der einzelnen Enantiomere (L- und D-Phyosphinothricin) in transgenen und nicht transgenen Pflanzenzellkulturen zu untersuchen. Die transgenen Kulturen, die von der Zuckerrübe (Beta vulgaris) stammten, waren mit dem bar-Gen transformiert, exprimierten demnach die Phosphinothricin-N-acetyltransferase. Sie wurden aus entsprechenden Sprosskulturen initiiert. Daneben wurden nicht-transgene Kulturen von Zuckerrübe, Karotte (Daucus carota), Fingerhut (Digitalis purpurea) und Stechapfel (Datura stramonium) untersucht. In einer zweiten Versuchsserie wurden abgetrennte Sprosse und Blätter von 20 Wildpflanzen auf den Metabolismus von Glufosinat untersucht. Es sollte überprüft werden, ob qualitative und quantitative Unterschiede im Umsatz des Herbizids im Pflanzenreich vorkommen und möglicherweise eine natürliche (teilweise) Resistenz gegenüber Glufosinat existiert. Schließlich wurde das Schicksal des Herbizids im Boden (Abbau, Versickerung) nach Aufbringung des Wirksstoffs in einer handelsüblichen Formulierung auf ein bewachsenes Versuchsfeld im Freiland untersucht.
Verbundprojekt, finanziert von EG. Transgene Kartoffel, Tabak und Aradopsis mit veraenderter Aktivitaet an Enzymen der Nitrat-und Ammoniakassimilation werden hergestellt und die Auswirkung auf Stickstoffwechsel, Saccharose- und Staerkestoffwechsel sowie Whole-Plant Allokation und Wachstum untersucht.
SUNBIOPATH - towards a better sunlight to biomass conversion efficiency in microalgae - is an integrated program of research aimed at improving biomass yields and valorisation of biomass for two Chlorophycean photosynthetic microalgae, Chlamydomonas reinhardtii and Dunaliella salina. Biomass yields will be improved at the level of primary processes that occur in the chloroplasts (photochemistry and sunlight capture by the light harvesting complexes) and in the cell (biochemical pathways and signalling mechanisms that influence ATP synthesis). Optimal growth of the engineered microalgae will be determined in photobioreactors, and biomass yields will be tested using a scale up approach in photobioreactors of different sizes (up to 250 L), some of which being designed and built during SUNBIOPATH. Biomethane production will be evaluated. Compared to other biofuels, biomethane is attractive because the yield of biomass to fuel conversion is higher. Valorisation of biomass will also be achieved through the production of biologicals. Significant progress has been made in the development of chloroplast genetic engineering in microalgae such as Chlamydomonas, however the commercial exploitation of this technology still requires additional research. SUNBIOPATH will address the problem of maximising transgenic expression in the chloroplast and will develop a robust system for chloroplast metabolic engineering by developing methodologies such as inducible expression and trans-operon expression. A techno economic analysis will be made to evaluate the feasibility of using these algae for the purposes proposed (biologicals production in the chloroplast and/or biomethane production) taking into account their role in CO2 mitigation.
Based on the Ac/Ds two element transposition system from maize an activation tagging approach is suggested for the hybrid aspen (Populus tremula x tremuloides) line -Esch5-. The proposed approach is based on results obtained from our earlier work on the genetic transfer of the maize transposable element Ac and its functional analysis in hybrid and pure aspen lines. It was shown that the Ac element is active in aspen and reintegrates elsewhere in genomic regions in high frequency. However, a two element transposon tagging system where Ac and Ds are put together in crosses is not feasible in trees due to the in part long vegetative phases. To overcome this barrier, an inducible two element Ac/ATDs element system is suggested to induce activation tagged variants following two independent transformation steps. In combination with a 35S enhancer tetramer and outward facing two CaMV 35S promoter located near both ends of the ATDs element, expression of genes can be elevated which are located adjacent to the new integration site of the element. As selective marker for ATDs transposition, both knocking-out the expression of a phenotypic marker (rolC gene) and a negative selection marker gene (tms) are considered. Thus, the transposition can easily be screened in primary transgenic lines.
What impact does transgenic maize have on soil fertility? Among the factors that determine soil fertility is the diversity of the bacteria living in it. This is in turn affected by the form of agriculture practiced on the land. What role do transgenic plants play in this interaction? Background Soil fertility is the product of the interactions between the parental geological material from which the soil originated, the climate and colonization by soil organisms. Soil organisms and their diversity play a major role in soil fertility, and these factors can be affected by the way the soil is managed. The type of farming, i.e. how fertilizers and pesticides are used, has a major impact on the fertility of the soil. It is known that the complex interaction of bacterial diversity and other soil properties regulates the efficacy of plant resistance. But little is known about how transgenic plants affect soil fertility. Objectives The project will investigate selected soil processes as indicators for how transgenic maize may possibly alter soil fertility. The intention is in particular to establish whether the soil is better able to cope with such effects if it contains a great diversity of soil bacteria. Methods Transgenic maize will be planted in climate chambers containing soils managed in different ways. The soil needed for these trials originates from open field trials that have been used for decades to compare various forms of organic and conventional farming. These soils differ, for example, in the way they have been treated with pesticides and fertilizers and thus also with respect to their diversity of bacteria. The trial with transgenic maize will measure various parameters: the number of soil bacteria and the diversity of their species, the quantity of a small number of selected nutrients and the decomposition of harvest residues. It will be possible to conclude from this work how transgenic plants affect soil fertility. Significance The project will create an important basis for developing risk assessments that incorporate the effects of transgenic plants on soil fertility.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 30 |
| Europa | 2 |
| Wissenschaft | 11 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 30 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 30 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 16 |
| Englisch | 24 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 26 |
| Webseite | 4 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 26 |
| Lebewesen und Lebensräume | 30 |
| Luft | 23 |
| Mensch und Umwelt | 30 |
| Wasser | 23 |
| Weitere | 30 |