Das parasitische Unkraut Orobanche ramosa L. verbreitet sich in Mitteleuropa und bedroht die Produktion mehrerer Kulturpflanzen - Tabak, Raps, Kartoffel, Karotte und Tomate. Im Gegensatz zu anderen Unkräutern, die mit der Kulturpflanze um Ressourcen konkurrieren, entnimmt O. ramosa Wasser, Nährstoffe und Assimilate direkt aus der Wirtswurzel. Dies führt zu erheblichen Ertrags- und Qualitätsverlusten. Da O. ramosa unmittelbar mit der Wirtspflanze verbunden ist und 90 Prozent der Parasitenentwicklung unterirdisch stattfinden, ist dieser Parasite schwer zu kontrollieren. In dieser Arbeit werden drei Ziele verfolgt: 1) Wir möchten mehr über die Populationsdynamik und die Verbreitung von O. ramosa in Deutschland erfahren. Zur Beschreibung von Populationen verwenden wir verschiedene klassische, aber auch molekulare Marker-Techniken (Polymerase-Ketten-Reaktion, PCR, mit spezifischen Mikrosatelliten; ISSR-PCR, RAPD). 2) Untersuchung der Pflanze-Pflanze-Interaktion unter besonderer Berücksichtigung von Resistanzmechanismen der Kulturpflanze (in diesem Fall Tabak), sowie Faktoren der Pathogenität von O. ramosa. Analyse der Produktion sekundärer Metabolite, reaktiver Sauerstoff-Zwischenprodukte (ROI), sowie der Exprimierung und Aktivität spezifischer Enzyme und Gene. 3) Entwicklung von Methoden zur Kontrolle von O. ramosa, basierend auf erworbener systemischer Resistenz (SAR) und der Verwendung spezifischer hyperparasitischer Bakterien und Pilze, die zur biologischen Kontrolle verwendet werden können.
Poplar could succeed in nutrient rich areas as well as in nutrient poor forests soils where plants live in symbiosis with certain soil fungi to enable sufficient nutrition. Due to its huge demand, nitrogen, as major nutrient, is of special interest for poplar nutrition. In this project we want to characterize nitrate, ammonium and amino acid transporters from poplar roots that are differentially regulated as result of nitrogen nutrition (shortage or nitrogen excess), or by plant/fungus interaction. The kinetic parameters of selected transporters will be determined by heterologous expression. Tissue and organ specific expression of certain transporter genes will be investigated by Northern blot and RT-PCR and by the utilization of poplar transformants containing promoter-GFP fusions. GFP fusions with truncated promoters will also be used for the identification of cis-elements responsible for the nitrogen-dependent expression of selected transporter genes. In addition, the global impact of nitrogen nutrition on poplar gene expression will be investigated using macro and micro arrays hybridization and probes of poplar roots grown at different nitrogen sources and concentrations as well as mycorrhizas.
Development of insecticide resistance in insect pest species is one of the main threats of agriculture nowadays. The cotton bollworm, Helicoverpa armigera, is the noctuid species possessing by far the most reported cases of insecticide resistance worldwide, correlated with one of the widest geographical distributions of any agricultural pest species. This turns H. armigera into an adequate model to study resistance mechanisms in detail. The main mechanisms underlying insecticide resistance are target side insensitivity and metabolism, mainly due to carboxylesterases and cytochrome P450 monooxygenases. Just recently, the resistance mechanism of an Australian H. armigera strain toward the pyrethroid fenvalerate was ascribed to a single P450, CYP337B3. CYP337B3 is a naturally-occurring chimera between CYP337B2 and CYP337B1 evolved by an unequal crossing-over event. This enzyme had acquired new and exclusive substrate specificities resulting in the detoxification of fenvalerate. This is the first known case of recombination as an additional genetic mechanism, besides over-expression and point mutation, leading to insecticide resistance. Therefore, CYP337B1, CYP337B2, and CYP337B3 are ideal candidates for studying structure-function relationships in P450s. The project aims to characterize amino acids that are crucial for the activity of CYP337B3 toward detoxification of fenvalerate. Additionally, cross-resistance conferred by CYP337B3 enables the determination of common structural moieties of pyrethroids favoring detoxification by CYP337B3 and those leading to resistance breaking. Pyrethroids with identified resistance breaking moieties could be used to control even pyrethroid-resistant populations of H. armigera. Another advantage of this system is the conferment of insecticide resistance by CYP337B3 that is not restricted to Australia but seems to be a more common mechanism as recently revealed by the finding of the chimeric P450 in a cypermethrin-resistant Pakistani strain. To shed light on the contribution of CYP337B3 to pyrethroid resistance of H. armigera and even closely related species worldwide, field populations from different countries will be screened by PCR for the presence of CYP337B3 and its parental genes. If applicable, the allele frequency of CYP337B3 will be determined being a convenient method to conclude the resistance level of the tested populations. Finally, the project will result in advising farmers on the control of populations of H. armigera and related species possessing CYP337B3. This will even become more important due to the climate change allowing H. armigera to spread northward including central Europe, where H. armigera is not yet able to survive wintertime.
Methanoxidierende Bakterien existieren vor allem in den (mikro)oxischen Grenzflächen anoxischer methanogener Standorte. Sie sind aber auch in nicht gefluteten Böden gegenwärtig, welche nur selten als methanogene Quelle fungieren. Solche Böden wirken oft als mikrobielle Senke für atmosphärisches Methan (Konzentration ca. 1.7 ppmv). Bisher ist nicht bekannt, wie sich methanotrophe Bakterien an solche substratarmen Bedingungen anpassen bzw. diese überdauern. Wir beabsichtigen daher zu untersuchen, welche methanotrophen Bakterien unter oligotrophen Bedingungen fähig sind zu überleben oder gar zu wachsen. Ausgangspunkt dieser Analysen wird eine Sammlung von über 100 Stämmen sein, welche von Mitarbeitern des Instituts aufgebaut worden ist. Es soll die spezifische Affinität zum Methan, die Minimalkonzentration an Methan notwendig zum Wachstum und die Fähigkeit dieser Stämme die Nichtverfügbarkeit von Methan zu überdauern bestimmt werden. Ferner wird untersucht, ob zwischen den physiologischen Eigenschaften und der Phylogenie der untersuchten Stämme eine Korrelation besteht. Im zweiten Forschungsschwerpunkt soll die Übertragbarkeit der im Labormaßstab erzielten Ergebnisse auf die Freilandsituation überprüft werden. Dabei soll unter Anwendung molekularökologischer Techniken der Frage nachgegangen werden, ob in solchen Böden, welche eine Senke für atmosphärisches Methan darstellen, nur definierte Species bzw. phylogenetisch koherente Gruppen an methanoxidierenden Bakterien nachweisbar sind. Gensonden und PCR-gestützte Nachweissysteme für methanotrophe Gruppen werden in definierten Mischungen methanotropher Bakterien gewachsen unter methanlimitierten Bedingungen die dominanten Methanotrophen zu identifizieren.
Aufgrund der EU-Richtlinie 2003/89/EG müssen allergene Zutaten in Lebensmitteln unabhängig von der enthaltenen Menge gekennzeichnet werden. Um zufällige Beimischungen allergener Zutaten (cross contact) von deren absichtlich erfolgter Zugabe abgrenzen zu können, wird weltweit an der Einführung von Schwellenwerten gearbeitet. Seit 2002 gilt in der Schweiz bereits ein derartiger Grenzwert. Die Kontrolle der Kennzeichnungspflicht ist Aufgabe der Lebensmittelüberwachung. Diese benötigt hierfür jedoch Nachweissysteme zur Ermittlung des Gehalts an allergenen Zutaten in Lebensmitteln. Im Rahmen des Vorgängerprojekts wird die methodische Basis der Quantifizierung erarbeitet und es werden quantitative molekularbiologische Nachweissysteme auf Basis der Real-time PCR zur Bestimmung des Gehalts an Sellerie und Lupinen in Lebensmitteln etabliert. Ziel des Folgeprojektes ist die Entwicklung quantitativer Nachweisverfahren für weitere allergene Zutaten, um die Grundlage für die Überwachung zukünftiger Schwellenwerte zu schaffen.
Anwendung von DANN-Segmenzierung, DANN-Fingerprinting, Mikrosateliten PCR, ISSR-PCR zur Aufklärung von texonomischen, populationsgenetischen, plylognetische Fragen sowie Abstammungsuntersuchungen. Organismen: Vögel, Reptilien, Insekten, Pflanzen.
Besonders adaptierte arbuskuläre Mykorrhiza-Pilze können Schwermetallresistenzen auf Kulturpflanzen übertragen. Die molekularen Mechanismen der Schwermetallresistenz sind bislang noch nicht untersucht worden. Für Pflanzen wie Medicago truncatula u. a. sowie möglichst auch für Pilze der Gattung Glomus (Isolat vom Schwermetallveilchen, Glomus mosseae BEG12) sollen über PCR Gensonden für Schwermetall-Carrier wie Ni,- Fe-, Mn-, Zn- und Cu-Transporter entwickelt werden. Mit diesen sollen dann durch Northern Analysen, in situ Hybridisierungen sowie durch quantitative RT-PCR Transkriptanalysen durchgeführt werden. Dazu werden die Pflanzen in Schwermetall- und in Normalböden + Mykorrhiza Pilze im Kompartimentierungssystem zur Trennung von Pilzhyphen und Pflanzenwurzeln kultiviert. Die Bildung von Siderophoren und Metallothioneinen soll in Abhängigkeit von der Mykorrhizierung und nach Wachstum im Schwermetall- und Normalboden durch klassische Enzym- bzw. Farbtests und danach mit molekularen Methoden (Northern Analysen, in situ Hybridisierungen, quantitative RT-PCR) untersucht werden. Außerdem soll versucht werden, arbuskuläre Mykorrhiza-Pilze unabhängig vom Wirt auf Platten zum Keimen, Wachsen und zur Sporenbildung zu bringen, wobei erste Versuche dazu erfolgsversprechend sind.
Es wurde ein Nachweisverfahren entwickelt, das es ermoeglicht, durch Kombination eines Verdaus freier DNA u. einer in-vitro-Exzystierung mit einem anschliessenden Nachweis von Cryptosporidien-DNA mit Hilfe der PCR einen selektiven Nachweis lebender Cryptosporidien-Oozysten zu fuehren. Dieses Verfahren soll fuer den Nachweis von Cryptosporidien in Wasserproben tauglich gemacht werden. Im epidemiologischen Bereich wurde mittels einer Fall-Kontroll-Studie ermittelt, dass bei sporadischen Erkrankungen immunkompetenter Kinder in der Umgebung Tuebingens eine statistisch signifikante Assoziation der Erkrankung mit Rohmilchkonsum und Kontakt zu Huftieren vorliegt. Diese Faktoren waren allerdings nicht voneinander zu trennen, da die Fallzahl zu gering war. Die Untersuchung soll noch ausgeweitet werden, um eventuell auch trinkwasserbedingte Ausbrueche erkennen zu koennen.
Methan ist ein höchst potentes Treibhausgas, dennoch ist das globale Methanbudget durch die vielen unbekannten CH4-Quellen und -senken sehr unsicher. Die Höhe der CH4-Anreicherung in der Wassersäule hängt von komplexen Interaktionen zwischen methanogenen Archaeen und methanotrophen Bakterien ab. Das bekannte Methan Paradoxon, das die CH4-Übersättigung im oxischen Oberflächenwasserkörper von Seen und Meeren darstellt, weckt Zweifel, dass die mikrobielle CH4-Bildung nur im anoxischen Milieu stattfindet. Im oligotrophen Stechlinsee haben wir eine wiederkehrende Methanübersättigung im Epilimnion gefunden. Unsere Studien zeigen, dass das CH4 aktiv in der oxischen Wassersäule produziert wird. Die Produktion scheint dabei an die autotrophe Produktion von Grünalgen und Cyanobakterien gekoppelt zu sein. Zur gleichen Zeit sind keine methanotrophen Bakterien im Epilimnion vorhanden, so dass das CH4 nicht oxidiert wird. Unsere Haupthypothese ist, dass pelagische Methanogene hydrogenotroph sind, wobei sie den Wasserstoff aus der Photosynthese und/oder Nitrogenaseaktivität nutzen. Unsere Untersuchungshypothesen sind:1) Die CH4-Produktion ist mit der Photosynthese und/oder N-Fixierung gekoppelt, wobei hydrogenotrophe methanogene Archaeen mit den Primärproduzenten assoziiert sind. Die Methanogenen können angereichert und kultiviert werden, um Mechanismen der epilimnischen CH4-Produktion detailliert zu untersuchen.2) Die CH4-Oxidation ist durch die Abwesenheit der Methanotrophen und/oder der Photoinhibition in den oberen Wasserschichten reduziert.3) Die CH4-Produktion innerhalb mikro-anoxischer Zonen, z. B. Zooplankton und lake snow, ist nicht ausreichend für die epilimnische CH4-Produktion.Die saisonale Entwicklung des epilimnischen CH4-Peaks soll in Verbindung mit den Photoautotrophen und der Seenschichtung im Stechlinsee untersucht werden. Dabei soll eine neu-installierte Mesokosmosanlage (www.seelabor.de) genutzt werden, um CH4-Profile bei unterschiedlichen autotrophen Gemeinschaften und Seenschichtungen zu studieren. Die Verknüpfung zwischen methanogenen Archaeen und den Photoautotrophen soll in Inkubationsexperimenten mittels Hochdurchsatz-Sequenzierung und qPCR für funktionelle Gene untersucht werden. Methanotrophe werden quantifiziert und die Photoinhibition der CH4-Oxidation durch Inkubationsexperimente gemessen. In Laborexperimenten sollen die methanogenen Archaeen angereichert und kultiviert werden mittels dilution-to-extinction und axenischen Cyanobakterien und Grünalgen. Physiologische Studien an Anreicherungs- oder Reinkulturen sollen die zu Grunde liegenden molekularen Mechanismen ermitteln. Feld- und Laborexperimente sollen helfen, das Methan Paradoxon zu entschlüsseln, um die bisherige und potentiell wichtige CH4-Quelle zu charakterisieren und zu quantifizieren. Die Studien sollen helfen, unser Verständnis des globalen CH4-Kreislaufes zu verbessern, damit zukünftige Prognosen realistischer werden.
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