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Züchtung von Apfelsorten mit Resistenz gegenüber Klima-bedingtem Stress

Die deutsche Apfelproduktion steht vor einer Vielzahl an Herausforderungen. Nachhaltige Produktion oder auch Ökologisierung der Landwirtschaft und Resilienz gegenüber Auswirkungen des Klimawandels sind nur einige der Forderungen, denen sich die Produzenten neben der wachsenden internationalen Konkurrenz am Markt stellen müssen. Um diesen Forderungen gerecht zu werden und in Deutschland alle Kräfte zu fördern, die sich mit Apfelzüchtung befassen, wird ein Verbund aus institutionellen Züchtern und vielen der derzeit existierenden privaten Züchtungsinitiativen, der Fachgruppe Obstbau im Bundesausschuss Obst und Gemüse und der Fördergemeinschaft Ökologischer Obstbau e.V. (FOEKO) angestrebt, der sich den Herausforderungen gemeinsam stellen will. Dieser Verbund setzt sich als erstes Ziel die Realisierung des Projektes ApRésKlimaStress. In ApRésKlimaStress sollen durch phänotypische Evaluierungen und die Genotypisierung genetischer Ressourcen bei Apfel neue Quellen für Mehltau- und Schorfresistenz identifiziert werden, da nur wenig Resistenzen zur Verfügung stehen, die noch nicht gebrochen sind. Für die Bekämpfung dieser klimarelevanten Schaderreger sind im Erwerbsobstbau bis zu 20 Pflanzenschutzmittelbehandlungen pro Saison notwendig, was den ökologischen Fußabdruck der Produktion deutlich erhöht. Die Züchtung von Sorten mit pyramidisierten Resistenzen gegenüber beiden Schaderregern auch unter Nutzung kolumnarer Apfelsorten, die eine erhöhte Resilienz gegenüber Trockenstress ermöglichen, wird als Möglichkeit gesehen den oben genannten Herausforderungen zu begegnen. Als weitere Resistenzquelle wird auch die Nichtwirtsresistenz von Apfel/Birnenhybriden evaluiert. Ziel ist die Entwicklung von kostengünstigen und einfach umsetzbaren molekularen Markers: KASP-Assays, die von allen Partnern unabhängig, je nach der eigenen Züchtungsstrategie kombiniert und genutzt werden können. Die Umsetzung der Analysen kann dann bei unabhängigen Anbietern beauftragt werden.

Untersuchung der molekularen Mechanismen der durch UV-Strahlung induzierten Inhibition der Photosynthese mariner Makroalgen

Marine Makroalgen stellen Schlüsselorganismen in Küstenökosystemen dar. Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass die Photosynthese dieser Organismen durch die natürliche, solare UV-Strahlung beeinträchtigt wird. Die molekularen Mechanismen der Schädigung und die der Anpassung mariner Makroalgen an erhöhten UVB-Intensitäten sind bisher wenig untersucht. Innerhalb des beantragten Projektes soll geklärt werden, welche Auswirkungen die solare UV-Strahlung auf die Expression bestimmter Markergene photosynthetischer Enzyme und Proteine innerhalb der Elektronentransportkette, die Enzymregulierung und die Ausbildung von Schutzmechanismen hat und was die Konsequenzen für den Photosyntheseapparat unter natürlichen Bedingungen sind. In der zweiten Phase soll die Interaktion von UVB-Strahlung mit weiteren Stressfaktoren (besonders Temperatur) untersucht werden. Feldexperimente sollen vor allem an Arten der warm-gemäßigten und tropischen Regionen vorgenommen werden, da diese Organismen permanent hohen UVB-Intensitäten ausgesetzt sind und deswegen über adäquate Anpassungsmechanismen verfügen müssen. Diese Untersuchungen sollen zu einer Abschätzung führen, ob auch Algen aus den Polarregionen, die primär vom Ozonabbau betroffen sind, sich langfristig an die dort erhöhte UV-Strahlung anpassen können.

Oekologische Laermwirkungsforschung

Wirkungen von Umweltlaerm auf den Menschen. Gegenwaertiger Schwerpunkt: Fluglaerm an Grossflughaefen. Beschreibung der Belaestigungsreaktionen und deren Zusammenhang mit akustischen Parametern. Erforschung gesundheitlicher Auswirkungen andauernder Belastung durch Umweltlaerm auf den Menschen. Empirische Ermittlung von Belastungs-Wirkungs-Zusammenhaengen. Laengsschnittbetrachtung der veraenderten Situation an einem Grossflughafen 1987-1995.

Thermolumineszenz - Messung in pflanzlichen und tierischen Zellen zur Bestimmung des Zellzustandes

Verschiedene Stressfaktoren führen zu oxidativem Stress im Zellgeschehen, d.h. es kommt zur Lipidperoxidation und damit zur Membranschädigung. Die Bestimmung des oxidativen Stresszustands spielt in tierischem und pflanzlichen Gewebe eine große Rolle bei der Beurteilung des zellulären Vitalitätszustandes oder des Entwicklungszustands im Krankheitsgeschehen. Eine Methode, die ohne aufwendige Analysenmethoden eine sichere Basis für die Beurteilung des oxidativen Stresszustands verschiedenster Zellgewebe liefern kann, ist die Thermolumineszenz (TL), die in diesem Vorhaben zur Serienreife geführt werden soll. Für grünes Gewebe ermöglicht diese Methode eine Beurteilung sowohl des Zustandes des Photosyntheseapparates als auch des oxidativen Stresszustandes. Die Thermolumineszenzsignale, die den oxidativen Stresszustand charakterisieren, werden nicht nur von Chlorophyllen, sondern auch von anderen Molekülspezies induziert, so dass auch tierisches Gewebe auf Lipidperoxidationen untersucht werden kann.

From architecture to function: Elucidating the formation and structure of soil microaggregates - a key to understand organic carbon turnover in soils? - Archfunk; Elucidating the role of surface topography and properties for the formation and stability of soil nano- and micro-aggregates by atomic force microscopy

Formation and stability of soil micro-aggregates depend on the forces which are acting between the individual building blocks and in consequence on type, size and properties of the respective adjacent surfaces. While the interaction forces are the result of the superposition of short-range chemical forces and long-range van-der-Waals, electrostatic, magnetic dipole and capillary forces, the total contact surface is a function of the size, primary shape, roughness and larger-scale irregularities. By employ-ing atomic force microscopy (AFM), we will explore the role of topography, adhesion, elasticity and hardness for the formation of soil micro-aggregates and their stability against external stress. Special consideration will be put on the role of extracellular polymeric substances as glue between mineral particles and as a substance causing significant surface alteration. The objectives are to (i) identify and quantify the surface properties which control the stability of aggregates, (ii) to explain their for-mation and stability by the analysis of the interaction forces and contacting surface topography, and (iii) to link these results to the chemical information obtained by the bundle partners. Due to the spatial resolution available by AFM, we will provide information on the nano- to the (sub-)micron scale on tip-surface interactions as well as 'chemical' forces employing functionalized tips. Our mapping strategy is based on a hierarchic image acquisition approach which comprises the analysis of regions-of-interest of progressively smaller scales. Using classical and spatial statistics, the surface properties will be evaluated and the spatial patterns will be achieved. Spatial correlation will be used to match the AFM data with the chemical data obtained by the consortium. Upscaling is intended based on mathe-matical coarse graining approaches.

Can the resistance and resilience of trees to drought be increased through thinning to adapt forests to climate change?

Recent and predicted increases in extremely dry and hot summers emphasise the need for silvicultural approaches to increase the drought tolerance of existing forests in the short-term, before adaptation through species changes may be possible. We aim to investigate whether resistance during droughts, as well as the recovery following drought events (resilience), can be increased by allocating more growing space to individual trees through thinning. Thinning increases access of promoted trees to soil stored water, as long as this is available. However, these trees may also be disadvantaged through a higher transpirational surface, or the increased neighbourhood competition by ground vegetation. To assess whether trees with different growing space differ in drought tolerance, tree discs and cores from thinning experiments of Pinus sylvestris and Pseudotsuga menziesii stands will be used to examine transpirational stress and growth reduction during previous droughts as well as their subsequent recovery. Dendroecology and stable isotopes of carbon and oxygen in tree-rings will be used to quantify how assimilation rate and stomatal conductance were altered through thinning. The results will provide crucial information for the development of short-term silvicultural adaptation strategies to adapt forest ecosystems to climate change. In addition, this study will improve our understanding of the relationship between resistance and resilience of trees in relation to extreme stress events.

Molekulare Regulation der wechselseitigen Interaktion zwischen Ammonium- und Nitrataufnahme in Pflanzenwurzeln

Um mit fluktuierenden Verfügbarkeiten unterschiedlicher Stickstoff (N)-Verfügbarkeiten im Boden zurecht zu kommen, haben Pflanzen unterschiedliche Transportsysteme für die Aufnahme von Nitrat und Ammonium entwickelt. Um einer Belastung des Metabolismus bei ungleicher Aufnahme dieser beiden entgegen gesetzt geladenen N-Formen zu entgegnen, müssen die Kapazitäten von Ammonium- und Nitrattransportsystemen eng koordiniert werden. Bei geringen Aussenkonzentrationen wird die Wurzelaufnahme von Ammonium über hochaffine AMT1-artige und von Nitrat über hochaffine NRT2-artige und niederaffine NRT1-artige Membrantransporter vermittelt. Dabei vermittelt der Transceptor NRT1.1 nicht nur den Transport sondern auch das ‚Sensing‘ von Nitrat, indem er das Expressionsniveau von NRT2- und AMT1-Transportergenen reguliert. Unsere bisherigen Experimente in Arabidopsis zeigen, dass eine amt-Vierfachmutante mit defekter Ammoniumaufnahme auf Nitrat oder Ammoniumnitrat besser wächst als der Wildtyp, während Influx- und Genexpressionsstudien auf regulatorische Komponenten deuten, die nicht durch die Sensingfunktion von NRT1.1 allein erklärt werden können. Daher ist das übergreifende Ziel dieses Antrags die regulatorischen Mechanismen zu untersuchen, die das Ammonium-zu-Nitrat Verhältnis bei der N-Aufnahme über die Wurzel steuern. Dazu wird i) die spezifische Rolle des Ammoniumtransporters AMT1.5 in der hochaffinen Ammoniumaufnahme in Anwesenheit von Nitrat aufgeklärt; ii) die regulatorische Funktion von N-Form-abhängigen pH-Wert-Veränderungen in der NRT1.1-abhängigen und -unabhängigen Regulation von NRT2- und AMT1-Genen ergründet; und iii) transkriptionale Regulatoren von NRTs und AMTs identifiziert und charakterisiert, die das Aufnahmeverhältnis von Ammonium zu Nitrat modulieren. Die erwarteten Ergebnisse sollen erklären, wie Pflanzen ein unausgewogenes Aufnahmeverhältnis der beiden N-Formen erkennen und Erkenntnisse liefern, wie die pflanzliche N-Ernährung verbessert werden kann.

Regulationsmechanismen der ABA-regulierten Genexpression bei Trockenstress

Das Pflanzenhormon Abszisinsäure (ABA) hat eine wichtige Rolle bei der Samenreifung und -keimung sowie bei der Anpassung an abiotische Streßfaktoren. Im Mittelpunkt des beantragten Forschungsprojekts steht die Identifizierung von Intermediärprodukten, die die Genexpression so steuern, daß Pflanzen eine besondere Anpassung an Trockenstreß zeigen. Diese Untersuchungen sollen von der extrem trockentoleranten Pflanze Craterostigma plantagineum ausgehen, die schon eingehend untersucht worden ist im Hinblick auf ABA induzierte Genexpression, die relevant ist für Trockentoleranz. In dem vorgeschlagenen Projekt sollen zwei wesentliche experimentelle Ansätze verfolgt werden: 1. Mit Hilfe des Hefe-Ein-Hybrid Systems sollen neue Faktoren gefunden werden, die mit Promotorelementen interagieren, die für die ABA Induktion relevant sind. 2. Eine mutagenisierte transgene Arabidopsislinie, die einen ABA induzierbaren C. plantagineum Promotor, gekoppelt an Reportergen, enthält, soll zur Suche von regulatorischen Mutanten in der ABA induzierten Genexpressionskaskade benutzt werden. Bei einer Mutation zeigt das Reportergen ein verändertes Expressionsmuster

Pollen and environmental reconstruction, Holocene dynamics of tropical rainforest, climate, fire, human impact and land use in Sulawesi and Sumatra, Indonesia

The present-day configuration of Indonesia and SE Asia is the results of a long history of tectonic movements, volcanisms and global eustatic sea-level changes. Not indifferent to these dynamics, fauna and flora have been evolving and dispersing following a complicate pattern of continent-sea changes to form what are today defined as Sundaland and Wallacea biogeographical regions. The modern intraannual climate of Indonesia is generally described as tropical, seasonally wet with seasonal reversals of prevailing low-level winds (Asian-Australian monsoon). However at the interannual scale a range of influences operating over varying time scales affect the local climate in respect of temporal and spatial distribution of rainfall. Vegetation generally reflects climate and to simplify it is possible to distinguish three main ecological elements in the flora of Malaysia: everwet tropical, seasonally dry tropical (monsoon) and montane. Within those major ecological groups, a wide range of specific local conditions caused a complex biogeography which has and still attract the attention of botanists and biogeographers worldwide. Being one of the richest regions in the Worlds in terms of species endemism and biodiversity, Indonesia has recently gone through intensive transformation of previously rural/natural lands for intensive agriculture (oil palm, rubber, cocoa plantations and rice fields). Climate change represents an additional stress. Projected climate changes in the region include strengthening of monsoon circulation and increase in the frequency and magnitude of extreme rainfall and drought events. The ecological consequences of these scenarios are hard to predict. Within the context of sustainable management of conservation areas and agro-landscapes, Holocene palaeoecological and palynological studies provide a valuable contribution by showing how the natural vegetation present at the location has changed as a consequence of climate variability in the long-term (e.g. the Mid-Holocene moisture maximum, the modern ENSO onset, Little Ice Age etc.). The final aim of my PhD research is to compare the Holocene history of Jambi province and Central Sulawesi. In particular: - Reconstructing past vegetation, plant diversity and climate dynamics in the two study areas Jambi (Sumatra) and Lore Lindu National Park (Sulawesi) - Comparing the ecological responses of lowland monsoon swampy rainforest (Sumatra) and everwet montane rainforests (Sulawesi) to environmental variability (vulnerability/resilience) - Investigating the history of human impact on the landscape (shifting cultivation, slash and burn, crop cultivation, rubber and palm oil plantation) - Assessing the impact and role of droughts (El Niño) and fires - Adding a historical perspective to the evaluation of current and future changes.

Untersuchungen zur Toleranz gegenüber Trockenstress bei Triticale

Neben der Ertragsfähigkeit einer Sorte spielt die Toleranz gegenüber abiotischen Stressfaktoren eine immer größere Rolle. Trockenheit führt auch bei der als relativ anspruchslos bekannten Getreideart Triticale zu Ertragsverlusten. Kenntnisse über das Ausmaß der genetischen Variabilität bei Triticale sind für die Züchtung auf eine verbesserte Toleranz gegenüber Trockenstress unerlässlich. Ziel ist es daher, im Rahmen von Feldexperimenten an geeigneten Standorten die genetische Variabilität im aktuellen Wintertriticale-Zuchtmaterial zu analysieren. Zudem soll Material identifiziert werden, welches sich bezüglich der Toleranz gegenüber Trockenstress unterscheidet, um daran weitergehende physiologische Untersuchungen durchzuführen.

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