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Regulation der photosynthetischen Effizienz der Biomassebildung im dynamischen Lichtklima bei exemplarischen Grünalgen und Diatomeen

In dem Vorhaben wird untersucht, wie wirksam die absorbierte Lichtenergie in Biomasse konvertiert wird. Vergleichend werden Grünalgen und Diatomeen unter verschiedenen Licht- und Nährstoffbedingungen studiert. Auf diese Weise können die metabolischen Kosten unter Nährstoffmangel oder anderen produktivitätsbegrenzenden Bedingungen studiert werden. So wird auch die Säureanpassung ausgewählter Phytoplankter untersucht, um die Biomassebildung in extrem sauren Tagebaurestseen auf physiologischer Ebene zu verstehen. Es konnte gezeigt werden, dass unter Stickstoffmangel die Überführung anorganischen Kohlenstoffs in Biomassebildung durch eine Veränderung der makromolekularen Zusammensetzung der Zellen ähnlicher Effizienz stattfindet, wie unter optimaler Stickstoffversorgung. Dies führt zu einer ökologisch bedeutsamen Teilentkopplung des C und N Kreislaufs im Ökosystem. Ähnliches beobachtet man auch bei der Anpassung von Phytoplanktonalgen an extrem saure Bedingungen wie man sie in sauren Tagebaurestseen vorfindet.

Physiologische, biochemische und biophysikalische Untersuchungen zur Funktion und molekularen Organisation der Xanthophylle im Lichtsammelkomplex der Alge Mantoniella squamata

In diesem Vorhaben wird die Wechselwirkung von Photosynthesepigmenten und Proteinen auf molekularer Ebene untersucht, um besser zu verstehen, unter welchen Bedingungen absorbiertes Licht für die Photosynthese genutzt wird und unter welchen Bedingungen die Energie als Wärmeabstrahlung verloren geht. Ein genaueres Verständnis der zugrunde liegenden Funktionsmechanismen ist z.B. notwendig, um in Zukunft pflanzliche Carotinoide verstärkt in der Biotechnologie einsetzen zu können. In dem Vorhaben wird die molekulare Pigmentorganisation und ihre lichtabhängige Dynamik in einer einzelligen Alge untersucht, die sich durch eine besonders reichhaltige Pigmentierung auszeichnet. Es konnte gezeigt werden, dass der dem Lichtschutz dienende Xanthophyllzyklus bei Diatomeen zusätzlich eine zentrale Rolle in der Regulation der Pigmentbiosynthese spielt. In Mantoniella konnte ein unvollständiger Xanthopyllzyklus nachgewiesen werden. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, die Evolution des Lichtschutzes in der Photosynthese experimentell zu untersuchen.

The waste dilemma: the attempt of Germany and Italy to deal with the waste management regulation in two European countries

Industrieinitiative GenoMik Design^Effizienzsteigerung biotechnologischer Produktionsverfahren durch Genomic Design am Beispiel von Cystein-Hochleistungsproduktionsstämmen, Effizienzsteigerung biotechnologischer Produktionsverfahren - Genomic Design eines Bacillus-Produktionssystems zur Produktion technischer Enzyme, Proteine und Peptide auf Basis von Bacillus licheniformis

Auf Basis von Bacillus licheniformis soll durch 'Genomic Design' ein optimales Bacillus-System zur deutlich effizienteren Produktion technischer Enzyme, Proteine und Peptide generiert werden. In der ersten Phase werden die Grundlagen für die Genom-Optimierung geschaffen. Molekularbiologische Methoden werden weiterentwickelt und der Stand der Technik bei Metabolom- und Stoffflussanalyse erarbeitet. Ein definiertes mineralisches Medium wird entwickelt, das in der Produktausbeute dem bisherigen Komplexmedium entspricht. Informationen aus vergleichender Genomanalyse, physiologischen Untersuchungen sowie Daten der Omics-Technologien fließen in die Konstruktion neuer Produktionsstämme ein. Dabei wird auch die Regulation der Produktbildung sowie die Sekretion des Produkte optimiert. Fermentationen Genom-optimierter Stämme werden vom Mikrotiterplatten- bis in den 50 L-Maßstab durchgeführt. Genom-optimierte Produktionsstämme sowie entsprechende Verfahren sind die Basis für die zweite Projektphase, in der Organismus-übergreifend modulare Systeme für verschiedenste Produkte aufgebaut werden, um die angestrebten Effizienzziele in der industriellen Produktion umzusetzen.

Chloridtransport und Salztoleranzmechanismen in Pflanzen

Versalzung ist eine zunehmende Bedrohung vieler landwirtschaftlich genutzter Flächen in trockenen Gegenden, nicht nur in Asien, Afrika und Australien, sondern auch im Süden Europas, vor allem dort, wo der Ertrag nur durch zusätzliche Bewässerung erreicht oder gesteigert werden kann. Um diesem Problem zu begegnen, muss man verstehen, wie Salz im Boden sich auf die darin wachsenden Pflanzen auswirkt. Bisher konzentrierte sich die Erforschung von Salzstress- und Salztoleranzmechanismen in Pflanzen auf den Na+-Transport und seine zelluläre Regulation. Dabei geht man davon aus, dass sich durch gentechnische Einflussnahme auf die involvierten lonentrans porter die Salztoleranz diverser Kulturpflanzen drastisch verbessern lässt, ohne dabei Qualitätseinbussen im Ertrag hinnehmen zu müssen. Der Anionen-Transport blieb zur Verifizierung dieser These bisher jedoch unberücksichtigt. Grund dafür ist ein Mangel an den dafür nötigen zell- und molekularbiologischen Werkzeugen. Wir haben einen rekombinanten Chloridindikator exprimiert und so ein erstes Werkzeug geschaffen, das erlaubt, Cl--Ionenstatus, -dynamik und -Verschiebungen in vivo anzuzeigen (Lorenzen et al. 2004 Plant Journal 38: 539-544). Unsere Vorarbeiten zeigen, wie unter Salzstressbedingungen grosse Mengen Chloridionen im Cytosol akkumuliert werden. Das hier beantragte Projekt soll dazu dienen, die zugehörigen Transporter, über die dieser Prozess läuft, auf molekularer Ebene zu charakterisieren, und zeigen, ob sich durch Ausschalten dieser Transporter Salztoleranzen ergeben. Dazu sollen zunächst in Arabidopsis und in der verwandten saltzresistenten Art Thellungiella mutmassliche Gene, die für Chloridtransporter kodieren, deletiert werden. Vergleiche der Chloridaufnahme-Charakteristika der Knockout-Mutanten mit dem jeweiligen Wildtyp und mit weiteren ausgesuchten salzsensitiven Mutanten sollen mögliche, dem Chloridtransport zuzuschreibende, Salzresistenzmechanismen aufdecken. Durch parallele Experimente mit unterschiedlich salzempfindlichen Reissorten und ausgesuchten Reis- Retroposon-Mutanten, soll gezeigt werden, ob die in den Modellorganismen (Arabidopsis, Thellungiella) gewonnenen Erkenntnisse übertragbar und generalisierbar sind, und welche Bedeutung ihnen für Wachstum und Ertragssteigerung zukommt.

ERA Net Plant Genomics - MELRIP: Verstehen des klimakterischen bzw. nichtklimakterischen Reifungsprozesses in Melone auf der Grundlage transkriptomischer, metabolomischer und Reverser Genetik-Ansätze, Teilvorhaben Golm

Konsequenzen sozialer Stressbelastung für die Immunabwehr: Modelluntersuchungen zum Absetzen von Ferkeln

In der Bewertung von Belastungssituationen in der Tierhaltung sind psychosoziale Faktoren bisher kaum berücksichtigt worden, können aber gerade bei landwirtschaftlichen Nutztieren, die in einem temporären Sozialgefüge leben, von besonderer Bedeutung hinsichtlich Krankheitsanfälligkeit und damit verbundener Leistungsdepression sein. Das Ziel des vorliegenden Forschungsprojektes besteht daher in Untersuchungen zu neuroendokrinen, immunologischen und verhaltensbiologischen Interaktionen nach psychosozialem Stress bei experimenteller Simulation des Absetzprozesses von Ferkeln und in Untersuchungen zur Beeinflussung dieser Regelkreise über sozialkommunikative Prozesse (-social support-). Des weiteren soll in in vitro Modellen die Regulation von Immunzellfunktionen durch Glucocorticoide und deren Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Immunsystems in Abhängigkeit von der Stressbelastung untersucht werden. Die Effekte des psychischen Stresses auf neuroendokrine und neuroimmunologische Regelmechanismen werden sowohl auf funktionaler Ebene als auch auf Ebene der Genexpression von relevanten Signalmolekülen dieser Interaktionen analysiert. Zur Einschätzung möglicher Auswirkungen der psychosozialen Komponente beim Absetzen auf die Infektanfälligkeit wird zusätzlich ein immunologischer Stressor (E. coli) eingesetzt und dabei auftretende gegenseitige Sensibilisierungen von neuroendokrinen und immunologischen Signalwegen untersucht. Es werden grundlegende Erkenntnisse in der Regulation von psychosozialem Stress beim Schwein bezüglich Krankheitsanfälligkeit und Leistungsbereitschaft erwartet.

JPI Water Verbundprojekt PROMOTE: Protecting water resources from mobile trace chemicals^Teilprojekt 2: Schutz der Wasserressourcen vor mobilen und persistenten organischen Spurenstoffen, Teilprojekt 1: Schutz der Wasserressourcen vor mobilen und persistenten organischen Spurenstoffen

Hoch polare und mikrobiologisch stabile (persistente) organische Verbindungen (persistent mobile organic chemicals, PMOC) sind von besonderer Bedeutung für die Qualität von Rohwässern der Trinkwasserversorgung, da sie natürliche und technische Barrieren durchdringen können. PMOC sind zugleich äußerst schwer zu analysieren. Aus diesem Grunde gibt es nur fragmentarische Kenntnisse über ihr Auftreten in teilweise geschlossenen Wasserkreisläufen, und unter Umständen nur unzureichenden Schutz der Trinkwasserressourcen vor PMOC. Das Projekt PROMOTE fokussiert auf diese Verbindungen und hat zum Ziel, die gravierendsten Kenntnislücken bezüglich PMOC zu füllen: (a) analytische Methoden zum screening und zur quantitativen Analyse von PMOC aus Oberflächen- und Grundwasser, (b) Kenntnisse zum Auftreten von PMOC in Rohwässern der Trinkwasserversorgung, (c) Eintragsquellen, (d) Entfernungsmöglichkeiten oder Transformationen im Zuge der Wasseraufbereitung. Auf Basis dieser Erkenntnisse wird PROMOTE nötigenfalls Empfehlungen für die Regulation hinsichtlich Wasserqualität (WFD watch list) oder Chemikalien (REACH) erarbeiten. PROMOTE wird diese Ziele durch ein stufenweises Vorgehen erreichen. Durch screening-Untersuchungen und systematische Auswertung von Stoffdatenbanken werden PMOC Verdachtstoffe identifiziert, für die quantitative Analysenmethoden entwickelt werden. Deren Anwendung auf mehrere Flusseinzugsgebiete in Europa ergibt ein repräsentatives Bild bezüglich des Auftretens von PMOC und ermöglicht das Erkennen von Eintragsquellen. Laborversuche dienen der Identifizierung von Transformationsprodukten und die Verfolgung von PMOC durch bestehende Anlagen und Verfahren der Wasseraufbereitung beleuchtet deren Potential zur Entfernung der verschiedenen PMOC. Die Summe dieser Erkenntnisse dient der Priorisierung der problematischsten PMOC und der Ableitung von Empfehlungen für die Regulation.

Ein integriertes Modell des zentralen Kohlenstoffstoffwechsels in wachsenden und nichtwachsenden Zellen - Von der Genregulation über die Stoffwechselflüsse zur Modellierung^Ein systembiologischer Ansatz zur Untersuchung der Adaptation von Bacillus subtilis an Glukosehunger - Die SigB-abhängige generelle Stressantwort^Generelle Stress- und Nährstoffhungerantworten: die SigB-abhängige generelle Stressantwort^SysMO^Dynamische Modellierung des Zentralstoffwechsels und deren Kopplung zur stringenten Antwort von Bacillus subtilis^Ein systembiologischer Ansatz zur Untersuchung der Adaptation von Bacillus subtilis an Glukosehunger - Quantifizierung der thermodynamischen und kinetischen Parameter des Netzwerks der CcpA - Regulation, Ein systembiologischer Ansatz zur Untersuchung der Adaptation von Bacillus subtilis an Glukosehunger - Analyse der stringenten Antwort und genomweite Quantifizierung der Genexpression auf mRNA- und Proteinebene

Entwicklung der biotechnologischen Grundlagen und praxisnaher Anbauverfahren zur Steigerung der Dendromasseproduktion durch Züchtung und Massenvermehrung von Sorten ausgewählter Baumarten, Teilvorhaben 1: Entwicklung der biotechnologischen Grundlagen

Das Vorhaben schafft Voraussetzungen für eine Erweiterung des Baumartenspektrums und der Möglichkeiten für eine wirtschaftliche Produktion von Dendromasse durch die Entwicklung geprüfter, in ihrer Leistungsfähigkeit und Widerstandskraft verbesserter, in vitro vermehrter Klone der Arten Hybridlärche (Larix x eurolepis), Douglasie (Pseudotsuga menziesii) und Aspe (Populus tremula). Bei Lärche und Douglasie besteht der einzige Weg, somatische Embryogenese (sE) nutzen zu können, bislang darin, zygotische Embryonen (zE) als Ausgangsmaterial einzusetzen. Daraus resultiert ein langwieriger Prozess nachträglicher Klontests. Innovative Ansätze sollen entwickelt werden, die auf die direkte Nutzung selektierter adulter Elitebäume zielen. Es soll erreicht werden, Zellen aus adulten Genotypen in totipotente Stammzellen umzuwandeln, die somit wieder zur sE befähigt sind. Grundlegende Untersuchungen behandeln die Optimierung methodischer Lösungen und Verfahren zur sE an unreifen zE sowie der Entwicklung neuer Ansätze für reife zE und für Gewebe von Elitebäumen. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Analyse der genetischen Regulation grundlegender Prozesse der Embryogenese und eine daraus resultierende Ableitung methodischer Ansätze für die Aufklärung der Induktion der sE. Bei der Aspe ist eine klonale Vermehrung über traditionelle In-vitro-Vermehrung aussichtsreich. Dadurch wird es möglich, ein repräsentatives Spektrum von Genotypen in vitro aufzubauen und für die Massenvermehrung vorzubereiten.

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