Eine spätere Reife von Sonnenblumen nach Mitte September erhöht die Gefahr von Ernteverlusten durch Krankheitsbefall (vor allem Botrytis) und Vogelfraß. Da Sonnenblumen im Jugendstadium ausreichend frosthart sind, bietet eine frühere Aussaat die Möglichkeit, Sonnenblumen früher als bisher üblich zu ernten. Unter hiesigen Bedingungen ist allerdings die Jugendentwicklung von Sonnenblumen bei niedrigen Temperaturen nicht befriedigend. Ziel dieses Projektes ist deshalb, festzustellen, ob die genetische Basis vorhanden ist, um die Jugendentwicklung der Sonnenblume bei kühlen Temperaturen zu verbessern. Langfristig wird angestrebt, Sonnenblumen zu züchten, die zur selben Zeit wie Sommergetreide ausgesät werden können. Stand der Arbeiten: Erste Ergebnisse machen deutlich, dass ausreichend Variation in der Sonnenblume vorhanden ist, um eine Selektion auf eine schnellere Jugendentwicklung durchführen zu können. Die Selektion wird allerdings durch signifikante Genotyp-Umwelt-Interaktionen erschwert, die in derselben Größenordnung liegen wie die Varianz der Genotypen.
In der aquatischen Umwelt zeigen Pilze starke Interaktionen zu einer Vielzahl anderer Organismen, darunter Algen, Metazoen und Bakterien, die die pilzliche Diversifizierung vorangetrieben haben. Die Pilzevolution begann frühzeitlich in der aquatischen Umwelt. Die Verbindungen mit anderen Organismen führten zu vielen biotrophen Lebensweisen und einer großen phylogenetischen Vielfalt. Es ist wahrscheinlich, dass die frühen Wasserpilze bereits die funktionellen Merkmale ausbildeten, die zum Erfolg des Pilzreichs, als eine der vielfältigsten Organismengruppen der Erde, geführt hat. Trotz der recht umfangreichen Studien, die die Komplexität der aquatischen Mikrobiome untersuchen, sind weder die große phylogenetische Vielfalt der aquatischen Pilze noch die Wechselwirkungen der aquatischen Pilze mit anderen Organismen gut beschrieben. Dieses Paradoxon ist das Resultat von zu wenigen Studien, die aquatische Mikrobiome ganzheitlich untersuchen, und ist zudem auch der Tatsache geschuldet, dass die aquatischen Pilze nicht als solche erkannt werden. Wasserpilze erscheinen oft als unbekannte genetische Elemente ohne erkennbare Übereinstimmung mit unseren Datenbanken. Das veranlasste uns dazu, den Begriff Dunkle Materiepilze (DMP) zu etablieren, um die Unbekanntheit der frühen divergierenden Pilzlinien in der aquatischen Umwelt hervorzuheben. Einer der vielversprechendsten aquatischen Lebensräume zur Untersuchung von DMP und deren Wechselwirkungen mit anderen Organismen im kleinen Maßstab ist der aquatische Biofilm. Insbesondere heterotrophe Biofilme können einen hohen Anteil an DMP aufweisen, was die Aufklärung von DMP-Interaktionen und ökologischen Funktionen erleichtert. Es ist völlig unklar, welche organismischen Wechselwirkungen die Determinanten für die DMP in Biofilmen sind und inwieweit DMP die Biofilmstruktur beeinflussen. Das Verständnis der Ökologie und der Evolution von DMP bleibt aufgrund der Komplexität der natürlichen Gemeinschaften eine Herausforderung. Aufgrund der neuen methodischen Entwicklungen ist es nun jedoch möglich, durch Manipulationsexperimente an natürlichen sowie an Modell-Biofilmgemeinschaften eine konzeptionelle Sicht auf die DMP-Ökologie und -Evolution aufzubauen. Das Ziel der vorgeschlagenen Emmy Noether-Forschungsgruppe ist es, die grundlegende Ökologie und Evolution der aquatischen DMP zu verstehen. Durch die Kombination von Mikrodissektion, Hochdurchsatz-Kultivierung und molekularer Sequenzierung der nächsten Generation, werden wir herausfinden, wie und welche Pilz-Interaktionen mit Mikroben die gesamte Struktur und Funktion der mikrobiellen Gemeinschaft beeinflussen. Wir werden auch umfangreiche DMP-Barcode- und Genomdaten generieren, die als Schlüsselressourcen für das Erstellen einer robusten frühen Pilzphylogenie dienen werden, und es uns ermöglicht, die frühe Pilzevolution auf der Grundlage von Phylogenomik und biotrophen Interaktionen zu diskutieren.
Selektion von Rebentypen, welche die Entwicklung der gefluegelten Reblausmorphe beguenstigen, so dass eine 'Selbstreinigung' der infizierten Rebenwurzeln erfolgt. Feststellung des Nymphenprozentsatzes an den Nodositaeten von Reben unterschiedlicher genetischer Konstitution unter Beruecksichtigung des Vegetationszustandes.
In der 1. Phase des SPP1530 Programms wurden mehrere QTL-Regionen identifiziert, die den Blühzeitpunkt in der Weinrebe kontrollieren. Erste Ergebnisse weisen auf einen additiven Effekt dieser Loci hin, die in sehr früher bzw. später Blüte resultieren. Um diese genomischen Regionen genauer einzugrenzen und zu analysieren, wird eine stark erweiterte Kreuzungspopulation für Weinreben zur Feinkartierung von QTL genutzt sowie die Hypothese getestet, dass eine bestimmte Kombination von QTL-Allelen und Haplotypen zu einer sehr frühen beziehungsweise späten Blüte führt. Das Projekt wird folgende Schritte beinhalten: (1) Die Nutzung der gesamten heterozygoten Genomsequenzen beider Elternpflanzen der Kreuzungspopulation als Basis für die Untersuchung haplotyp-spezifischer Allelexpression; (2) Identifizierung von Kandidatengenen durch Genotyping-by-sequencing (GBS) an vorselektierten Nachkommen und SNP-Analyse, (3) Charakterisierung ausgewählter Kandidatengene aus den QTL-Regionen durch allel-spezifische RNAseq-Experimente sowie (4) Vernetzung dieser Ergebnisse mit phänotypischen Daten für den Blühzeitpunkt von Nachkommen der Kreuzungspopulation sowie züchterisch relevanten Sorten. Kooperationen mit weiteren Forschergruppen aus dem SPP-Verbund werden zusätzliche Erkenntnisse liefern, z.B. durch die Phylotranskriptom-Analyse zum Zeitpunkt der Blühinduktion. Durch die präzise Vorhersage des Blühzeitpunkts können neue Zuchtlinien generiert werden, die an veränderte klimatische Bedingungen angepasst sind.
Neben Stickstoff ist in natürlichen (Wald)ökosystemen vor allem Phosphat (P) limitierend für die Gesamtbiomasseproduktion. Aufgrund der geringen Mobilität von Phosphat sind höhere Pflanzen jedoch selbst auf gut gedüngten Ackerböden in mehr oder weniger starkem Umfang auf spezielle Anpassungen zur P Aneignung, wie die Ausbildung von Feinwurzelstrukturen, Veränderungen der Rhizosphärenchemie zur P-Mobilisierung, die Expression hochaffiner -ufnahmesysteme, auf Mycorrhizierung und effiziente interne P Verwertung angewiesen. Die genetischen Grundlagen derartiger Anpassungen wurden in den letzten Jahren intensiv untersucht. Weitgehend unbekannt ist in diesem Zusammenhang jedoch, inwieweit auch epigenetische Modifikationen dabei eine Rolle spielen, die möglicherweise sehr viel schnellere vererbbare Anpassungen an umweltabhängige Stressfaktoren ermöglichen als mutationsbedingte Veränderungen. Im beantragten Forschungsvorhaben wird untersucht, ob genetisch identisches Ausgangsbaummaterial von unterschiedlichen Standorten genomweite epigenetische Unterschiede zeigt. Insbesondere wird gemessen, ob diese mit der Ernährungsstrategie für Phosphor in Verbindung stehen, bzw. für die Standortanpassung mit verantwortlich sein könnten. Die genetisch sehr gut charakterisiere und über über Stecklinge klonal vermehrte Balsampappel (Populus trichocarpa) wird als Modellsystem genutzt. Stecklinge von unterschiedlichen Standorten werden zunächst auf ihre Nährstoffgehalte geprüft und anschließend in Gefäßversuchen unter identischen Bedingungen mit unterschiedlichem Gehalt an pflanzenverfügbarem P angezogen. P-Gehalte der Pflanzen, sowie potenzielle morphologische und physiologische Anpassungen an die neue Umwelt werden gemessen. Anschließend wird das Methylierungsmuster der DNA mittels Bisulfit-Hochdurchsatzsequenzierungen genomweit kartiert und die epigenetischen Unterschiede werden mit der Genexpression im Phosphatstoffwechsel korreliert.
Problemstellung: Erhöhte atmosphärische CO2-Konzentrationen führten in einem Freilandexperiment (Swiss FACE) in den ersten 2 bis 3 Jahren zu einer Anreicherung von gebundenem Kohlenstoff ins Ökosystem. Parallel dazu nahm die symbiotische N2-Fixierung stark zu. Erste Untersuchungen haben gezeigt, dass sich die genetische Zusammensetzung der Rhizobienpopulation unter erhöhtem atmosphärischen CO2 verändern kann. In den letzten Jahren konnte jedoch bei erhöhten CO2-Konzentrationen keine weitere Stimulation der symbiotischen N2-Fixierung festgestellt werden. Offen ist, ob eine Anpassung der Rhizobien an die veränderten CO2-Bedingungen erfolgt ist. Innerhalb des Projektes soll untersucht werden, ob eine genetische und physiologische Anpassung der symbiontischen Rhizobien an erhöhte atmosphärische CO2-Konzentrationen erfolgt ist.
Erweiterung des Kenntnisstandes der Genetik des Roggens und Erarbeitung von Grundlagen fuer eine gezielte Kombinationszuechtung. Isolierung morphologisch abweichender Roggenlinien aus spaltenden Populationen. Auslese von Pflanzen mit induzierten Chromosomenstueckumbauten (Translokationen) aus bestrahltem Material. Selektion von Linien mit je einem zusaetzlichen Chromosom (trisome Linien) aus Valenzkreuzungen selbstfertiler Inzuchtlinien. Zuordnung von morphologischen Markern, Translokationen und Trisomen zu den entsprechenden Chromosomen (Kopplungsgruppen). Spaeterhin: Ermittlung genetischer Abstaende.
Chlorierte Ethene koennen durch anaerobe Bakterien vollstaendig nach Ethen dechloriert werden. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Mikrobiologie, die die letzten zwei Dechlorierungsschritte von Dichlorethen zu Vinylchlorid und von Vinylchlorid zu Ethen katalysiert, zu identifizieren und genauer zu untersuchen. Anreicherungen zielen darauf ab, Bakterien zu aktivieren, die chlorierte Ethene als Elektronenakzeptor in einer anaeroben Atmung benutzen oder cometabolisch dechlorieren. Die Bakterienanreicherungen sollen mit molekular-oekologischen Methoden untersucht werden um Hinweise auf die Identitaet der dechlorierenden Bakterien zu kriegen. Reinkulturen werden auf ihre Physiologie, Biochemie, Genetik und Oekologie hin untersucht.
Flagellatenpilze (Chytridiomycota) sind eine Gruppe evolutiv früh abzweigender, zoosporischer Pilze, die in verschiedensten aquatischen und terrestrischen Lebensräumen vorkommen. Sie leben entweder als Saprophyten, Parasiten oder als intermediäre Formen. Bei allen Formen haften sich freischwimmende Zoosporen an Detritus oder einen Wirt und extrahieren Nährstoffe unter Bildung eines Sporangiums, welches neue Zoosporen hervorbringt. Aufgrund ihrer geringen Größe und unscheinbaren morphologischen Merkmalen blieben die Zoosporen in Untersuchungen mariner und limnischer Planktongemeinschaften für viele Jahrzehnte nahezu unentdeckt. Molekularbasierende Methoden jüngster Zeiten haben jedoch eine hohe Abundanz sowie Diversität der Flagellatenpilze in aquatischen Lebensräumen aufgedeckt. Einige Arten infizieren Phytoplankton, wie z.B. Blaualgen, Kieselalgen und Dinoflagellaten, so dass ihnen eine wichtige Rolle in der Kontrolle von Algenblüten zugeschrieben wird. Überraschenderweise ist der trophische Lebensstil nur für wenige kultivierte Arten beschrieben und die genomischen Innovationen, welche sich auf Infektionsstrategien der Phytoplanktonparasiten zurückführen lassen, sind völlig unbekannt, so dass eine Beurteilung der Ernährungsweise der Flagellatenpilze anhand (meta)genomische eDNA-untersuchende Umweltstudien nahezu unmöglich ist. Die phylogenetischen Beziehungen innerhalb der Flagellatenpilze, welche Informationen zu den Ursprüngen und der Verbreitung von Parasitismus innerhalb ökologisch verschiedener Entwicklungslinien liefern könnten, sind weitestgehend ungeklärt. In diesem Projekt möchte ich die molekularen Voraussetzungen für einen parasitischen Lebensstil in phytoplanktoninfizierenden Flagellatenpilzen aufdecken. Vergleichende Genomanalysen von vier phytoplanktoninfizierenden Flagellatenpilzarten mit nahe verwandten saprophytischen Arten sollen neue Erkenntnisse über die parasitismus-typischen genetischen 'Werkzeuge' erbringen (z.B. über parasitenspezifische Virulenzgene). Darüber hinaus plane ich einen stabilen phylogenetischen Baum für circa 40 Flagellatenpilzarten zu rekonstruieren, für welche der trophische Lebensstil bekannt ist. Phylogenomische Analysen unter Verwendung von fast 400 proteinkodierenden Genen, gewonnen aus öffentlich verfügbaren sowie in diesem Projekt neu angefertigten Genomen/Transkriptomen, werden es erlauben die frühen Diversifikationen der Flagellatenpilze zu entwirren. Die neu generierten Sequenzdaten werden außerdem nach den im ersten Teil des Projektes identifizierten Virulenzgenen abgesucht. Die phylogenetische Einordnung von Lebensstilen der Flagellatenpilze soll es ermöglichen den ursprünglichen Zustand diverser Gruppen zu charakterisieren und unser Verständnis über die Evolution von Parasitismus in phytoplanktoninfizierenden Flagellatenpilzen verbessern.
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