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s/genetic/Genetik/gi

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Molecular determinants of host specificity of maize-, rice- and mango-pathogenic species of the genus Fusarium

Fusarium species of the Gibberella fujikuroi species complex cause serious diseases on different crops such as rice, wheat and maize. An important group of plant pathogens is the Gibberella fujikuroi species complex (GFC) of closely related Fusarium species which are associated with specific hosts; F. verticillioides and F. proliferatum are particularly associated with maize where they can cause serious ear-, root-, and stalk rot diseases. Two other closely related species of the GFC, F. mangiferae and F. fujikuroi, which share about 90Prozent sequence identity with F. verticillioides, are pathogens on mango and rice, respectively. All of these species produce a broad spectrum of secondary metabolites such as phytohormones (gibberellins, auxins, and cytokinins), and harmful mycotoxins, such as fumonisin, fusarin C, or fusaric acid in large quantities. However, the spectrum of those mycotoxins might differ between closely related species suggesting that secondary metabolites might be determinants for host specificity. In this project, we will study the potential impact of secondary metabolites (i.e. phytohormones and certain mycotoxins) and some other species-specific factors (e.g. species-specific transcription factors) on host specificity. The recently sequenced genomes of F. mangiferae and F. fujikuroi by our groups and the planned sequencing of F. proliferatum will help to identify such determinants by genetic manipulation of the appropriate metabolic pathway(s).

Vorsorgendes Konzept für die Gelbbauchunke

Die Gelbbauchunke (Bombina variegata) ist eine streng geschützte Art des Anhangs IV der FFH-Richtlinie, deren lokale Populationen durch die Waldbewirtschaftung nicht verschlechtert werden dürfen (§ 44 Abs. 4 Satz 2 BNatSchG). Nachdem die Primärlebensräume der Gelbbauchunke – Kleingewässer und Kleinstgewässer in natürlichen Überschwemmungsgebieten – fast verschwunden sind, laicht sie beispielsweise in den besonnten wassergefüllten Fahrspuren und Pfützen im Wald. Um den dauerhaften und flächendeckenden Erhalt der Gelbbauchunke zu gewährleisten, ist ein vorsorgendes Konzept i. S. d. § 44 (4) BNatschG im Rahmen der naturnahen Waldbewirtschaftung am besten geeignet. Wesentlicher Inhalt des Konzeptes ist die Bereitstellung einer ausreichenden Anzahl an geeigneten potenziellen Laichgewässern im Wald. Das vorsorgende Konzept soll 2021 im Staatswald verpflichtend umgesetzt werden. Für andere Waldbesitzarten stellt das Konzept eine Hilfestellung im rechtlichen und praktischen Umgang mit der Gelbbauchunke dar.

Untersuchungen zur Vererbung von Qualitätseigenschaften bei Durumweizen und ihre Verbesserung

Von Seiten der Durumweizen-verarbeitenden Industrie besteht hohes Interesse an einer heimischen Rohstoffbasis. Durumweizen stammt ursprünglich aus Mittelmeerländern und Küstenregionen des Schwarzen Meeres und ist in Deutschland nicht adaptiert. Ein Schwerpunkt bei der Züchtung von Durumsorten im Hinblick auf die Qualität liegt daher auf der Bearbeitung der mehr von Umwelteinflüssen geprägten Merkmale glasiges Endosperm, Auswuchsresistenz und Resistenz gegenüber dunkelfleckigkeitsbildender Pilze. Der andere Schwerpunkt bezieht sich auf die hohen Anforderungen an das (gelbe) Farb- und Kochpotential bezüglich der Teigware. Die Entwicklung von Durumsorten schließt die Berücksichtigung von Ertrags- und Resistenzeigenschaften mit ein. Es konnten bereits Durumlinien hervorgebracht werden, die hohe Ertragsleistung mit hoher Ausprägung von Qualitätseigenschaften kombinieren. Aus dem Programm wurden in Frankreich die Sorte ORJAUNE, in Deutschland die Sorten DURAFIT und DURABON, in Spanien die Sorten BURGOS, COMBO und VETRODUR zugelassen.

Ursachen und Auswirkungen genetischer, taxonomischer und funktioneller Diversität in marinen Ökosystemen

Ich möchte prüfen, ob und unter welchen Bedingungen marine Ökosysteme alternative stabile Zustände hoher und niedriger Diversität und Produktivität ausbilden ('multiple stable states hypothesis', MSS). Modellstudien aus Seen und eigene Experimente an Felsküsten zeigen, dass durch Veränderungen der Konsumentenfauna und der Nährstoffzufuhr drastische Produktivitäts- und Diversitätsveränderungen hervorgerufen werden können. Für marine Systeme ist jedoch völlig unklar, ob es sich dabei um durch Rückkopplungen stabilisierte Zustände handelt. Diese Frage ist von großer theoretischer sowie angewandter Bedeutung, da eine Bestätigung der MSS bedeuten würde, dass die unerwünschten Veränderungen, die z. B. durch Eutrophierung oder Überfischung entstehen, nicht einfach durch Reduktion der Nährstofffracht oder des Fischereidrucks rückgängig zu machen wären. Ich möchte in diesem Projekt drei wichtige Teilsysteme bearbeiten: (1) benthische Hartbodengemeinschaften, (2) Planktongemeinschaften, (3) Fischbestände. Dazu werde ich kontrollierte Freilandexperimente durchführen sowie auf großer räumlicher und zeitlicher Skala erhobene Monitoringdaten analysieren. In Zusammenarbeit mit Modellierern in Kanada und Deutschland werde ich diese Datensätze auf das Vorkommen multipler stabiler Zustände Puffermechanismen und nichtlinearer Rückkopplungen untersuchen. Ziel ist dabei ein Modell zur Regulation der Produktivität und Artendiversität durch Nährstoffe und Konsumenten zu erarbeiten. Hauptauftragnehmer im Ausland: Dalhousie University, Department of Biology, Halifax, Canada.

Unraveling the genetic architecture of winter hardiness and quality traits in durum by genome wide and canidate gene based association mapping

Durum wheat is mainly grown as a summer crop. An introduction of a winter form failed until now due to the difficulty to combine winter hardiness with required process quality. Winter hardiness is a complex trait, but in most regions the frost tolerance is decisive. Thereby a major QTL, which was found in T. monococcum, T.aestivum, H. vulgare and S.cereale on chromosome 5, seems especially important. With genotyping by sequencing it is now possible to make association mapping based on very high dense marker maps, which delivers new possibilities to detect main and epistatic effects. Furthermore, new sequencing techniques allow candidate gene based association mapping. The main aim of the project is to unravel the genetic architecture of frost tolerance and quality traits in durum. Thereby, the objectives are to (1) determine the genetic variance, heritability and correlations among frost tolerance and quality traits, (2) examine linkage disequilibrium and population structure, (3) investigate sequence polymorphism at candidate genes for frost tolerance, and (4) perform candidate gene based and genome wide association mapping.

Entwicklung eines Verfahrens zur nicht-invasiven repräsentativen Gewinnung von Gewebeproben zur Bestandesschätzung von Rothirschen und Wildschweinen

Viele Populationen großer Huftiere sind in Mitteleuropa managementrelevant. Im in Südwest-Deutschland gelegenen Pfälzerwald kommen sowohl Wildschweine (Sus scrofa) als auch Rothirsche (Cervus elaphus) in mutmaßlich großen, aber letztendlich unbekannten Dichten vor. Für ein nachhaltiges Management beider Arten sind verlässliche und akkurate Populationsschätzungen nötig. Nicht-invasive genetik-basierte Methoden repräsentieren in diesem Zusammenhang ein nützliches Instrument für das Wildtiermanagement, da sie es erlauben, Tiere zu erfassen, ohne sie zu fangen oder anderweitig zu beeinflussen. Nicht-invasive Methoden arbeiten meist mit Haar- oder Kotproben, die genotypisiert werden und so eine Unterscheidung zwischen Individuen ermöglichen. Eine der Anwendungen nicht-invasiver Methoden ist die Populationsschätzung. Im Rahmen eines Promotions-Projekts wurde ein nicht-invasiver genetik-basierter Ansatz für die Populationsschätzung bei Wildschweinen und Rothirschen entwickelt, im Freiland getestet und anschließend evaluiert. In ersten Versuchen am Wildschwein wurde die Haarbeprobung mittels beköderter 'Haarfänger' getestet. Dabei zeigte sich, dass die Methode für diese Tierart für den Zweck der Populationsschätzung nicht geeignet ist. Grund hierfür waren signifikante alters- und gruppenstatusabhängige Verhaltensunterschiede bei der Beprobung. Im Folgenden wurde sowohl für Wildschweine als auch für Rothirsche die Kotbeprobung entlang von Transektlinien getestet und angewandt; die so gewonnenen Proben wurden genotypisiert und zum Berechnen von Populationsschätzungen verwendet. Für beide Tierarten sind die geschätzten Populationszahlen erheblich höher als zuvor angenommen, da bislang lediglich die Jagdstreckenstatistik und - im Fall des Rothirsches - Scheinwerferzählungen als Anhaltspunkt genommen werden konnten. Die hier vorgestellte Methode stellt eine viel versprechende Alternative zu den traditionell angewandten Methoden wie z.B. Jagstreckenstatistiken oder Losungszählverfahren dar, da sie absolute Populationszahlen ergibt und damit eine quantitative Bewertung des Erfolgs von Managementmaßnahmen ermöglicht. Die Methode könnte auch auf andere Huftierarten übertragen angewandt werden. Mittlerweile ist eine nicht-invasive genetik-basierte Bestandesschätzung auch für Rehe (Capreolus capreolus) entwickelt und getestet worden.

Systemanalytische Erfassung und Rekonstruktion des jungquartären Landschafts- und Klimawandels in zentralasiatischen Trockengebieten am Beispiel des Ordos-Plateaus (VR China)

Mit Hilfe der beantragten Sachmittelbeihilfe sollen Untersuchungen zur systemanalytischen Erfassung und Rekonstruktion des raum-zeitlichen Landschafts- und Klimawandels in einem ausgewählten Randbereich des zentralasiatischen Trockengürtels durchgeführt werden. Dabei liegt der zeitliche Schwerpunkt auf der Betrachtung der letzten 100.000 Jahre, um einerseits die vom Menschen unbeeinflusste Entwicklung im Jungpleistozän bzw. Früh-Holozän und andererseits den vom Menschen im Laufe des Holozäns zunehmend (mit-) beeinflußten Wandel in diesem klimatisch-ökologisch sensiblen Raum zu erfassen. Während der initialen Geländekampagne sollen Ablauf und Wirkungsweise morphologischer Prozesse und die Wechselwirkung zwischen unterschiedlichen Prozessen, Formen und Faktoren unter Betrachtung der räumlichen Varianz analysiert sowie mittels eines historisch-genetischen Ansatzes Aussagen zur Landschaftsentwicklung vorgenommen werden. Ferner sind Untersuchungen zur Vegetationsabdeckung und der aktuellen Landnutzung geplant. Bei der Erfassung rezenter Landschaftsveränderungen und der -degradation ist der temporäre Vergleich zeitversetzter, deckungsgleicher Landsat-Aufnahmen vorgesehen, wobei z.T. auf frühere Ergebnisse zurückgegriffen werden kann. Durch den Einsatz von GIS und eines Programmiersystems zur Analyse und Diskretisierung von Oberflächen ist das landschaftsökologische Inventar im Sinne einer Differenzierung morphologischer, hydrologischer und anthropo-biogener Elemente zu erfassen. Die so gewonnen Befunde zur raum-zeitlichen Landschafts- und Klimaveränderung sollen letztlich mit den bisherigen Modellvorstellungen über großräumig landschaftlich-klimatische Umstellungen verknüpft werden und letztlich auch planungsrelevante Analogien zur Abschätzung potentiell zukünftiger landschaftsökologischer Veränderungen in dieser Region liefern.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1530: Flowering time control: from natural variation to crop improvement

During evolution plants have coordinated the seasonal timing of flowering and reproduction with the prevailing environmental conditions. With the onset of flowering plants undergo the transition from vegetative growth to reproductive development. In agriculture, flowering is a prerequisite for crop production whenever seeds or fruits are harvested. In contrast, avoidance of flowering is necessary for harvesting vegetative parts of a plant. Late flowering also severely hampers breeding success due to long generation times. Thus, FTi (flowering time) regulation is of utmost importance for genetic improvement of crops. There are many new challenges for plant geneticists and breeders in the future (e.g. changing climate, need for higher yields, demand for vegetative biomass for bioenergy production), requiring novel approaches for altering the phenological development of a plant species beyond the currently available genetic variation. Changes in the expression of a single FTi regulator can suffice to drastically alter FTi. Exploiting the molecular fundament of FTi control offers new perspectives for knowledge-based breeding. Pleiotropic effects of FTi gene regulation beyond flowering time, such as yield parameters/hybrid yield were most recently demonstrated. This emerging field of research offers new possibilities for gaining insight into the very foundations of yield potential in crop plants. The Priority Programme aims to develop a functional cross-species network of FTi regulators for modelling developmental and associated (e.g. yield) characters in relation to environmental cues. Plant species with different phenological development will be investigated. Phylogenetic similarities can be used to infer similar functional interactions between FTi regulators in related crop species. Comparative analysis of FTi regulation among and between closely and remotely related species will identify distinct evolutionary paths towards optimisation of FTi in a diverse set of species and the branching points of divergence. Projects in this Priority Programme focus on genomic approaches to gain a comprehensive understanding of FTi regulation also in crops, which thus far have not been a major target of research. Another focus is on non-genetic cues regulating FTi and hormonal constitution and nutrient supply.

Experimentelle Untersuchung der Steuerung des Zugverhaltens bei Vögeln mit Hilfe der Satelliten-Telemetrie

Das Hauptziel des Projektes besteht darin, mit Hilfe der Satelliten-Telemetrie die genetischen Grundlagen des Zugverhaltens von Vögeln erstmals im Zusammenhang mit experimenteller Manipulation im Freiland zu untersuchen. Als Modellart soll die Heringsmöwe (Larus fuscus) dienen, deren Unterarten L.F. intermedius und L.f. fuscus sich durch geographisch deutlich differenziertes Zugverhalten auszeichnen. Zum einen soll der soziale Einfluss auf die Zugrichtung durch ein Verfrachtungsexperiment von Eiern/Jungvögeln zwischen zwei Populationen mit unterschiedlichen Zugrichtungen untersucht werden. Zum anderen geht es um die Aufklärung des Vererbungsmodus der Zugrichtung durch ein Kreuzungsexperiment von Vertretern dieser Populationen. In beiden Fällen sollen die experimentell manipulierten (d. h. die verfrachteten bzw. in Gefangenschaft erbrüteten) Jungvögel sowie eine gleich große Zahl von Kontrollvögeln mittels Satelliten-Telemetrie auf ihrem ersten Wegzug ins Winterquartier verfolgt werden.

Comparative phylogeography of the Sahara-Sahel: integrating spatial and temporal approaches to understand biodiversity dynamics in deserts and arid regions

This work aims to understand the biogeographic and biodiversity dynamics driven by Plio-Pleistocene dry/humid climatic cycles in the Sahara-Sahel desert. The main objectives are to test: i) climate-induced allopatric speciation as the main diversification agent; ii) biodiversity refugia and dispersal corridors; iii) relationships between genetic diversity and environmental-dependent taxa persistence in refugia. I examine whether genetic/spatial isolation is strong in low dispersal ability taxa, and whether taxa-specific habitat requirements are related to distinct spatial/temporal locations of refugia and of dispersal corridor dynamics. I integrate distribution, climate, and genetic data from greater than 30 co-distributed taxa with different dispersal abilities and habitat traits. I compare predicted refugia by genetic variability and species distribution modelling, while controlling for taxa-specific dispersal and habitat traits.

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