An Blättern von Hordeum vulgare ist geplant, mittels Mikrosonden (ionenselektive Elektroden, Platinelektroden, klassische Elektrophysiologie) die unmittelbaren und mittelbaren Auswirkungen einer Pilz-Inokulaton (biotroph: Blumeria graminis; nekrotroph: Cochliobolus stivus) unmittelbar vor Ort und weitgehend nichtinvasiv zu untersuchen. Messort soll vorwiegend der extrazelluläre Raum (Apoplast) in unmittelbarer Umgebung der Infektionsstelle sein, aber auch die infizierte bzw. attackierte Zelle (Epidermis) selbst. Im Apoplasten werden einerseits ionenselektive Mikroelektroden zur Messung von pH, Ca2+, Cl- und K+ eingesetzt, sowie Metallelektroden zur Messung von Reaktiven Sauerstoffintermediaten (ROI) und anderer relevanter Redosprozesse. Die infizierte bzw. attackierte Zelle selbst und Nachbarzellen werden bezüglich Änderungen in cytosolischen pH und Membranpotential untersucht. Nach Konditionierung der Pflanzen mit chemischen Induktoren (DCINA, BTH) soll die Auswirkung einer Infektion vergleichend und in Realzeit untersucht werden. Der Einsatz resistenter transgener Gerste (wie z.B. Hv-BCI.4), die das chemisch induzierbare Bci-4 Gen konstitutiv exprimiert, soll vergleichend in die Untersuchungen mit einbezogen werden, um Induktor-unabhängig IR-Reaktionen zu erfassen. In enger Assoziation zu den Projekten, der geplanten Nachwuchsgruppe (entsprechende Untersuchungen an Nicht-Wirt-Resistenzen und quantitativer Resistenz) sowie mittelfristig zum Projekt Franken/Baltruschat (Neuantrag, wurzelinitiierte Systeme), wird dieses Projekt grundlegend neue Erkenntnisse über apoplastische und zelluläre Mechanismen induzierter Abwehrreaktionen erarbeiten können.
Der Stoffaustausch zwischen Pilz und Pflanze stellt eine Hauptfunktion der Ektomykorrhizasymbiose dar. Wie er ermöglicht und kontrolliert wird soll im Rahmen dieses Projekts am Beispiel des Stickstoffs untersucht werden. Für den Pilz ergibt sich in der Symbiose die Notwendigkeit, die jeweilige Umgebung zu unterscheiden, da beispielsweise Aminosäuren von den Bodenhyphen aufgenommen und dann von den Hyphen des Hartigschen Netzes an die Pflanze abgegeben werden. Beide Hyhentypen unterscheiden sich in ihrem Stickstoffversorgungsstatus. Während dieser für Bodenhyphen niedrig ist, ist er in den Hyphen des symbiontischen Organs hoch, wie von uns anhand der Expression eines stickstoffabhängig regulierten Aminosäuretransportergens gezeigt wurde. In dem vorgeschlagenen Projekt soll daher unsere Hypothese, dass der durch Glutamin regulierte Stickstoffstatus der Hyphen ein wichtiges Element zur Steuerung der Aminosäureaufnahme bzw. -Abgabe in Ektomykorrhizapilzen ist, überprüft werden. Dazu soll die Glutaminsynthetase von Amanita muscaria mittels Antisense-RNA Technik inaktiviert werden, um so in den Hyphen des Pilz/Pflanze-Interfaces einen Stickstoffmangel zu simulieren. Anschließend soll die Auswirkung dieser Mutation auf die Stickstoffversorgung mykorrhizierter Pflanzen untersucht werden.
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
Das Isolat Fusarium graminearum China 9 (Fg-ch9) zeigt nach Infektion auf Weizen und Mais gegenüber anderen Isolaten, wie dem Wildtyp Fg-PH1, eine verringerte Virulenz. Dieses Phänomen der Hypovirulenz ist von einigen filamentösen phytopathogenen Pilzen beschrieben worden und wird durch Mykoviren verschiedener Genera verursacht. Auch aus dem Fg-ch9 konnte ein isometrisches 35 bis 40 nm Mykovirus isoliert werden (V-ch9), dessen Sequenz eine hohe Ähnlichkeit mit Chrysoviren (Familie Chrysoviridae) aufweist. Das Genom dieses Mykovirus ist auf fünf dsRNAs verteilt, auf welchem jeweils ein Offenes Leseraster (ORF) für Proteine zwischen 79 und 127 kDa kodiert. Das 127 kDa Protein des ORF von RNA 1 kodiert für die RNA-abhängige RNA Polymerase, welche Bestandteil des Partikels ist. Die Translationsprodukte der ORFs von RNA 2 und RNA 3 bilden als prozessierte Derivate das Kapsid. Das Translationsprodukt von RNA 5 ist nicht Bestandteil des Partikels und weist Zink-Finger Motive auf. Für dieses Protein wurde die Fähigkeit zur Suppression von gene silencing nachgewiesen. Ob das Translationsprodukt von RNA 4 prozessiert wird und welche Funktion es hat, ist gegenwärtig unklar. Das Interesse an Mykoviren ist erst in den letzten Jahren gestiegen, so dass die Replikation und Interaktionen zwischen Pilz und Virus wenig erforscht sind. Nach der Sequenzierung und Klonierung der viralen RNAs des V-ch9 und ersten Analysen zur Funktion der von den ORFs exprimierten Proteine und deren Prozessierung sollen deswegen im nächsten Schritt die Prozessierung sowie das zeitliche Auftreten während der Replikation genauer untersucht werden. Aus diesen Daten können möglicherweise Rückschlüsse auf deren Funktion(en) gezogen werden. Die genaue Analyse der Funktion muss dann in einem weiteren Schritt mit Hilfe der Reversen Genetik analysiert werden. Da dsRNA Viren für ihre Replikation ihre RNA-abhängige RNA Polymerase und eine schützende Hülle benötigen, ist für das V-ch9 und alle anderen dsRNA Mykoviren die Reverse Genetik zwar prinzipiell möglich, jedoch ungleich aufwändiger als für ssRNA Viren, bei denen eine virale RNA infektiös ist. Neben dem System an sich fehlen für das Virus aus Fg-ch9 eine einfache Methode der Infektion und ein Wirt, in dem das Virus stabil repliziert. Hier sollen über die Testung der Infektion über Anastomosen und die Etablierung eines geeigneten Wirtes für die Replikation über Eliminierung des Virus aus Fg-ch9 bzw. Modifikation eines Laborstammes von F. graminearum weitere Voraussetzungen für das Etablieren eines Systems zur Reversen Genetik geschaffen werden.Bei Kenntnis der Replikation und Kenntnis der Funktion der viralen Proteine können Konzepte für den Einsatz der Hypovirulenz in der Praxis entwickelt werden.
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.
Totholzstämme repräsentieren eine kohlenstoff- (C) und energiereiche aber zugleich stickstoff-(N)arme Ressource in Waldökosystemen. Biologische N2-Fixierung durch freilebende diazotrophe Mikroorganismen trägt zur N-Anreicherung im Totholz bei. Über die Funktion der Diazotrophen für die N-Versorgung von totholzbewohnenden Organismen und für den Totholzabbau ist bislang wenig bekannt. In den Biodiversität-Exploratorien existieren unterschiedliche Bedingungen für diazotrophe Mikroorganismen durch Totholzstämme von 13 Baumarten, die im BeLongDead-Experiment auf 30 Flächen exponiert sind. Ein Ziel des Projektantrags ist den Beitrag der N2-Fixierung zur N-Anreicherung zu quantifizieren und die aktiven diazotrophen Gemeinschaften in den Totholzstämmen des BELongDead-Experiments zu identifizieren. Ein weiteres Ziel ist die experimentelle Überprüfung von Einflussfaktoren auf die N2-Fixierung, Quantität und Diversität der aktiven diazotrophen Gemeinschaft und auf den Transfer von fixierten N zu holzabbauenden Mikroorganismen. Unsere Hypothesen sind, (1) N2-Fixierungsrate und Diversität von Diazotrophen im Totholz unterscheiden sich zwischen den 13 Baumarten, der Intensität des Forstmanagements und den Exploratorien, (2) diazotrophe Gemeinschaften und N2-Fixierung unterscheiden sich entlang des radialen Gradienten in den Totholzstämmen von außen nach innen, (3) Diversität und Aktivität von Diazotrophen und holzabbauenden Pilzen sind stark assoziiert aufgrund ihrer gegenseitigen Abhängigkeit von C und N Ressourcen. Die letztere Beziehung moduliert die Aktivität und Zusammensetzung von diese Gemeinschaften im initialen und forstgeschrittenen Abbaustadium. Ferner testen wir die Hypothese, dass (4) externe N-Quellen die N2-Fixierung und die Quantität von Diazotrophen reduzieren. Zur Überprüfung der Hypothesen werden wir innovative und etablierte Methoden sowie Felduntersuchungen und Laborexperimente kombinieren. N2-Fixierungsraten werden mit dem 15N2 Ansatz und die funktionellen nifH-Gene mit spezifischer quantitativer PCR und Amplicon-Sequenzierung bestimmen. Struktur und Aktivität der diazotrophen Gemeinschaft werden mit einer Bromodeoxyuridintrennung sowie dem Stabilen Isotopen Beprobungsansatz (SIP) von 15N-markierter RNA analysiert, und beide Ansätze mithilfe der Amplicon-Sequenzierung kombiniert. Schließlich wird der Einfluss verschiedener Einflussfaktoren Parameter auf die Struktur und Aktivität der diazotrophen Gemeinschaft untersucht. Unsere Expertisen ermöglichen es die Wechselwirkungen zwischen N2-Fixierung, Abundanz und Diversität der Diazotrophen und kontrollierenden Faktoren für den Totholzabbau neu zu bewerten. Durch die Zusammenarbeit in einem koordinierten und vollständig replizierten Experiment mit 30 Waldökosystemen erwarten wir belastbare Ergebnisse mit großer wissenschaftlicher Bedeutung und Nutzen für die Totholzforschung.
We will compare the role of an RNA-binding protein in floral transition in Arabidopsis thaliana and Hordeum vulgare. The RNA-binding protein AtGRP7 promotes floral transition mainly by downregulating the floral repressor FLC via the autonomous pathway. Based on our observation that AtGRP7 affects the steady-state abundance of a suite of microRNA precursors, we will globally compare the small RNA component of the transcriptome during FTi regulation in wild type plants and AtGRP7 overexpressors by deep sequencing. This will extend the knowledge on small RNAs associated with floral transition and provide insights into the regulatory network downstream of this RNA-binding protein. Further, we will address the question how AtGRP7 orthologues function in crop species lacking FLC homologues. A barley line with highly elevated levels of the AtGRP7 orthologue HvGR-RBP1 shows accelerated FTi and preanthesis development when compared to a near-isogenic parent with very low expression of this gene. We will characterize in detail flowering of this line with respect to different photoperiods and its vernalization requirement. We will employ a TILLING approach to further delineate the function of HvGR-RBP1 in flowering. A candidate gene approach to identify downstream targets will provide insights into the signaling pathways through which HvGR-RBP1 influences FTi. This project contributes to the development of a functional cross-species network of FTi regulators, the major strategic aim of the SPP.
Fallstudien werden herangezogen um leistungsfähige Doppelfassaden in ihrer Wirkung auf Systeme der Gebäudetechnik sowie auf die Energieeffizienz des Gebäudes zu untersuchen. Bei der ersten Fallstudie handelt es sich um einen 21-geschossigen Büroturm im Zentrum von Berlin mit Fertigstellungsdatum 1999. Die Doppelfassade wirkt als solarthermischer Schacht und ermöglicht die natürliche Lüftung des Turmes während 70Prozent des Jahres. Für die verbleibende Zeit erfolgt die Versorgung mechanisch über Quellluft und sorptionsgestützte Klimatisierung. Das zweite Gebäude hat die Funktion einer Hauptverwaltung nahe Frankfurt, fertiggestellt im Jahr 2000. Hier ermöglicht ein extrem effizientes Doppelfassadensystem den Verzicht auf ein konventionelles Heizsystem. Ein Kapillarrohrsystem in der Decke sorgt für Kühlung und Heizung. Die Einsparungen an den konventionellen Systemen können somit den gestiegenen Fassadenkosten gegen gerechnet werden. Die dritte Fallstudie beschäftigt sich mit dem erstgereihten Wettbewerbsentwurf für die neue Hauptverwaltung der europäischen Zentralbank in Frankfurt. Eine zweite Gebäudehülle in Kombination mit einer energetisch optimierten Gebäudeform erlaubt während des gesamten Jahres die natürliche Lüftung des Hochhauses. Zusätzlich zur Ersparnis in den laufenden Betriebsenergiekosten wird ein enormes Einsparpotential bezüglich Investitionskosten (Wegfall des mechanischen Lüftungssystems und Anlagentechnik) geschaffen sowie die Maximierung nutzbarer Fläche (Wegfall/Verringerung der Versorgungsschächte) ermöglicht. Die Fallstudien zeigen deutlich, dass höchst effiziente Doppelfassaden nicht nur das energetische Gebäudeverhalten verbessern können, sondern genauso die Investitionskosten signifikant senken können. Deshalb ist die Wirtschaftlichkeit einer solchen Maßnahme nicht nur bezüglich ihrem Potential zur Senkung von Energiekosten zu bewerten, sondern immer im Zusammenhang mit einer möglichen Reduktion der Investitionskosten für HLK-Systeme im Gebäude zu sehen. Eine bloße Reduktion der Größe dieser Systeme führt oft zu keinen bemerkenswerten Einsparungen.
Mykorrhizen sind in der Lage, das Wachstum der Bäume durch erhöhte Aufnahme von Nährstoffen zu verbessern. Im Gegensatz zu Phosphat und Nitrat, ist nur wenig über die Bedeutung der Mykorrhiza für die Aufnahme und den Metabolismus von Schwefel bekannt, obwohl schwefelhaltige Stoffe eine wichtige Rolle bei Rhizobiumwurzel Symbiose spielen, die in vielen Aspekten ähnlich zu Mykorrhizierung ist. Ziel des Projekts ist es, Gene des Schwefelhaushalts von Wurzeln zu identifizieren, die bei der Wechselwirkung Wurzelpilz eine Rolle spielen, und deren Expression und Regulation zu analysieren. Als Modellsystem soll dabei die Pappel und der Pilz Amanita muscaria eingesetzt werden. In diesem Modellsystem soll die Hypothese überprüft werden, dass der Pilz die Sulfatversorgung der Pflanze durch eine erhöhte Aufnahme sowie einen intensiven Austausch mit der Wurzel verbessert und, in Analogie zu Rhizobien, dem Pilz von der Pflanze reduzierter Schwefel in Form von Glutathion zur Verfügung gestellt wird. In der ersten Phase wird der Einfluss der Schwefel- und Stickstoffernährung auf die Expression der Gene des Schwefel-Metabolismus in Pappel und im Pilz untersucht. Weiterhin soll der Einfluss der Modulation des Schwefelhaushalts in Pappeln durch genetische Manipulation auf die Wechselwirkung im Schwefelhaushalt zwischen Wurzel und Pilz analysiert werden.
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