Das Projekt "Detoxification von Mykotoxinen in Hefe - Phase II" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Department für Angewandte Genetik und Zellbiologie durchgeführt. Pflanzenpathogene Pilze der Gattung Fusarium verursachen agronomisch bedeutende Krankheiten auf Getreide. Zusätzlich zur Ertragsminderung kommt es dabei zur Kontamination des Erntegutes mit Mykotoxinen. Für die wichtigsten Fusarium-Toxine, das als Proteinbiosynthese-Inhibitor wirkende Deoxynivalenol (DON) und das stark östrogen wirksame Zearalenon (ZON), sind nun nach toxikologischer Evaluierung EU-weite gesetzliche Maximalwerte in Vorbereitung. Die im Feld vom Pilz gebildeten Metaboliten stellen eine Gesundheitsgefährdung für Tier und Mensch dar. Allerdings sind pflanzliche und tierische Zellen (und wahrscheinlich der toxinproduzierende Pilz selbst) in gewissem Ausmaß imstande, die Mykotoxine in ungiftige Konjugate überzuführen. In diesem Projekt sollen die beteiligten Entgiftungsenzyme, die UDP-Glucuronosyl-transferasen (UGT) und Sulfotransferasen (SULT) charakterisiert, sowie die gebildeten Mykotoxin-Konjugate mittels instrumenteller Analysenverfahren untersucht werden. Ziel des Projektes ist es, Bäckerhefe genetisch so zu verändern, dass die Detoxifikationsaktivität von exprimierten UGT- oder SULT-Kandidatengenen phänotypisch beobachtet werden kann, entweder in Form von Wachstum auf gifthältigem Medium, oder mithilfe von geeigneten östrogen-regulierten Reportergenen. Da die Säuger-UGTs im Lumen des endoplasmatischen Retikulums lokalisiert sind und Hefe das Ko-Substrat UDP-Glucuronsäure (UDP-GlcUA) nicht bilden kann, muss allerdings zuerst die Fähigkeit zur Biosynthese von UDP-GlcUA und möglicherweise auch jene zum effizienten Transmembran-Transport bereitgestellt werden. Derartige Stämme und solche, die das Sulfotransferase-Kosubstrat PAPS ('aktives Sulfat') effizient bereitstellen, sollen als Wirtszellen für die funktionelle Expression von humanen bzw. tierischen UGTs, sowie von tierischen und pflanzlichen SULTs dienen. Auch im Genom von Fusarium graminearum identifizierte UGT bzw. SULT-Gene sollen getestet werden. Neben der funktionellen Charakterisierung von heterologen UGT und SULT Genen soll auch getestet werden, ob sich endie hergestellten Hefestämme als Bioreaktoren zur Herstellung von Mykotoxinkonjugaten verwendet werdeneignen. Diese sind als Referenzsubstanzen für die Entwicklung von Analysenmethoden wichtig. Wenn es gelingt, die fremden Entgiftungsenzyme funktionell in Hefe zu rekonstituieren, hätte dies Bedeutung weit über den Aspekt der Mykotoxine hinaus. Ein Satz von Hefestämmen, die jeweils nur ein Detoxifikationsgen exprimieren, wäre generell für das Studium des Metabolismus von Medikamenten und anderen Substanzen sehr nützlich.
Das Projekt "Teilprojekt 5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Saatveredelung AG durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung nicht-chemischer Saatgutbehandlungsverfahren, die sowohl samenbürtige als auch bodenbürtige Pathogene von Mais erfassen. Um dies zu erreichen, soll die Saatgutbehandlung mit Mikroorganismen mit dem physikalischen Verfahren der Elektronenbeizung kombiniert werden. Dazu muss einerseits das Verfahren der Elektronenbeizung an das Maissaatgut angepasst werden, andererseits müssen Mikroorganismen gefunden werden, die nach Applikation an das Saatgut eine Wirksamkeit gegen die genannten Pathogene besitzen. Die Wirksamkeit der Einzelverfahren bzw. ihrer Kombinationen soll in Gewächshaus- und Feldversuchen charakterisiert werden. Mit molekularen Methoden soll der Gehalt und die Verteilung der Fusarien in der Maispflanze unter dem Einfluss der Behandlungen untersucht werden. In weiteren Laborversuchen sollen die antagonistischen Mikroorganismen hinsichtlich Eigenschaften, die für die Wirksamkeit wichtig sind, wie das Wurzelbesiedlungsvermögen, charakterisiert werden.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Erstellung von Elite-Ethanolweizen; NIRS-Analytik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von W. von Borries-Eckendorf GmbH & Co. KG durchgeführt. Ausgehend von der EU-Richtlinie 'Erneuerbare Energien' soll in Deutschland bis 2020 u.a. der Anteil von Bioethanol als Benzinersatz stark erhöht werden. Heute kommt es insbesondere in Bioenergiefruchtfolgen zu einer erhöhten Belastung des Weizens mit Fusarium-Pilzen und deren Mykotoxinen, die für Pflanze und Endverbrauchergleichermaßen gefährlich sind. Dadurch ist die Zweitnutzung des Bioethanol-Weizens als Futtermittel gefährdet. Deshalb und bedingt durch das erweiterte Befallsspektrum der Pilze (Blüten- und Wurzelinfektion), ist heute die Entwicklung besser geschützter Weizenpflanzen dringend gefordert. Grundlegend für dieses Projekt ist die Verknüpfung der Genomischen Selektion mit vertieften diagnostischen Phänotypisierungen zur systemischen Krankheitsentwicklung in einem umfangreichen, diversen Weizensortiment. Dieses Sortiment aus weltweitbedeutenden Fusarium-Hotspot-Regionen ist einmalig und lässt ein vielfältiges, neues Resistenzspektrum erwarten, welches hinsichtlich effizienter Resistenzen gegen beide Hauptinfektionswege, Blüte und Wurzel, analysiert werden soll. Zum Projektende sollen neue Resistenzen, sowie Weizenlinien für Wissenschaft, Züchtung und Bioethanolgewinnung zur Verfügung stehen.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Fusarium-Analysen, Genotypisierung und genomische Selektion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Justus-Liebig-Universität Gießen, Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung I, Professur für Pflanzenzüchtung durchgeführt. Ausgehend von der EU-Richtlinie 'Erneuerbare Energien' soll in Deutschland bis 2020 u.a. der Anteil von Bioethanol als Benzinersatz stark erhöht werden. Allerdings kommt es heute in Bioenergiefruchtfolgen zu einer erhöhten Belastung des Weizens mit Fusarium-Pilzen und deren Toxinen, die für Pflanze und Endverbraucher gleichermaßen gefährlich sind. Neben dem Ertragsausfall reduziert der Fusarium-Befall die vergärbarer Stärke und somit die Ethanolausbeute/ha. Weizen ist auch durch seine Doppelnutzung interessant, denn bei der Ethanolproduktion fällt Schlempe als hochwertiges Futtermittel an. Die hitzestabilen Toxine aus belastetem Weizen verbleiben allerdings in der Schlempe und verhindern deren optimale Nutzung. Deshalb und bedingt durch das erweiterte Befallsspektrum der Pilze (Blüten-und Wurzelinfektion) ist die Entwicklung besser geschützter Weizenpflanzen dringend gefordert. Grundlegend für dieses Projekt ist die Verknüpfung der Genomischen Selektion mit vertieften diagnostischen Phänotypisierungen zur systemischen Krankheitsentwicklung in einem umfangreichen, diversen Weizensortiment. Dieses Sortiment aus weltweit bedeutenden Fusarium-Hotspot-Regionen ist einmalig und lässt ein vielfältiges, neues Resistenzspektrum erwarten. Dieses soll hinsichtlich effizienter Resistenzen gegen beide Hauptinfektionswege, Blüte und Wurzel, analysiert werden. Zum Projektende sollen neue Resistenzen, sowie Weizenlinien für Bioethanolgewinnung, Züchtung und Wissenschaft verfügbar sein.
Das Projekt "Teilvorhaben 3: Phänotypisierung Ährenfusarium und Toxin-Analysen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Julius Kühn-Institut, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen, Institut für Pflanzenschutz im Ackerbau und Grünland durchgeführt. Ausgehend von der EU-Richtlinie 'Erneuerbare Energien' soll in Deutschland bis 2020 der Anteil von Bioethanol als Benzinersatz stark erhöht werden. Allerdings kommt es heute in Bioenergiefruchtfolgen zu steigender Belastung des Weizens mit Fusarium-Pilzen und deren Toxinen, die für Pflanze und Endverbraucher gefährlich sind. Neben dem Ertragsausfall reduziert der Fusarium-Befall die vergärbare Stärke und somit die Ethanolausbeute. Weizen ist durch seine Doppelnutzung interessant, denn bei der Ethanolproduktion fällt Schlempe als hochwertiges Futtermittel an. Die hitzestabilen Toxine verbleiben allerdings in der Schlempe und schränken die Verwertung ein. Aufgrund des erweiterten Befallsspektrums der Pilze (Blüten-und Wurzelinfektion) ist die Entwicklung besser geschützter Weizenpflanzen dringend notwendig. Die Verknüpfung der Genomischen Selektion mit vertieften diagnostischen Phänotypisierungen ermöglicht die Erfassung der systemischen Krankheitsentwicklung. Dieses diverse Weizensortiment aus weltweit bedeutenden Fusarium-Hotspot-Regionen ist einmalig und lässt ein vielfältiges, neues Resistenzspektrum erwarten. Es soll hinsichtlich effizienter Resistenzen gegenüber den Hauptinfektionswegen, Blüte und Wurzel, analysiert werden. Im Rahmen des JKI-Teilprojektes wird die Phänotypisierung der 460 Weizen-Genotypen mit künstlicher Inokulation durchgeführt. Dazu wird das JKI die Fusarium-Isolate, das Infektionsmaterial und die Prüfmethode bereitstellen sowie die Mykotoxinanalyse von belastetem Erntegut vornehmen. Die genetischen Assoziationen mit den Reaktionen des Weizens auf Fusarium-Befall werden zur Entwicklung verbesserter Resistenz- und Toxinmanagementstrategien durch Anwendung der markergestützten Züchtung beitragen. Neue und bekannte Resistenzen werden hinsichtlich ihres Potentials gegen Ähren (FHB)- und Wurzelfusariose (FRR) hinsichtlich Toxin- und Pilzausbreitung entschlüsselt. Zum Projektende werden neue Weizenlinien für Züchtung und Wissenschaft verfügbar sein.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Feldversuche und Regionalisierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Zentrum für Biodiversität und nachhaltige Landnutzung, Sektion Waldökosystemforschung durchgeführt. An den Standorten Rostock und Göttingen wurden Feldversuche durchgeführt, um Aussagen zu Pflanzenproduktion und Pflanzenschutz bei Fruchtfolgen mit Energiepflanzen treffen zu können. Die Versuche bestehen aus vier Fruchtfolgen, in denen aus den Komponenten Mais, Raps und Winterweizen agronomisch mögliche und sinnvolle Anbaufolgen mit phytomedizinisch unterschiedlichen Risiken gebildet werden. (1) Maisdaueranbau (2) Raps - früher Winterweizen (3) Raps - Grünroggen/Mais - später Winterweizen (4) Raps - früher Winterweizen - Grünroggen/Mais - später Winterweizen. In Getreide und Mais wurden phytomedizinische Untersuchungen zum Befall mit Halmbasiserkrankungen sowie Fusarium durchgeführt. Das Verhalten von infiziertem Gärsubstrat wurde in Batch-Versuchen untersucht. Die Feldversuche wurden hinsichtlich ökonomischer Kennwerte untersucht. Betriebsbefragungen bei 87 überwiegend norddeutschen Landwirten sollten Auskunft geben über Umgang und Einstellung zu Fruchtfolgen mit Energiepflanzen. Die zweijährige Fruchtfolge mit 50Prozent Weizenanteil zeigte die höchsten Befallshäufigkeiten der untersuchten Halmbasiskrankheitserreger im Weizen. Die Eingliederung von Mais in die Fruchtfolge reduzierte signifikant das Befallsgeschehen an der Halmbasis von Weizen. Mais- und Weizenstoppelproben waren zum Teil hochgradig mit Fusariumtoxinen kontaminiert. Dabei zeigte eine Erhöhung des Mais- bzw. Weizenanteils in der Fruchtfolge auch eine Steigerung des DON-Gehalts im Pflanzenmaterial. Das Fusariumtoxin DON hat keinen direkten Einfluss auf den Biogasprozess, aber mit Fusarium befallenes Gärsubstrat zeigte eine um ca. 10Prozent verminderte Gärausbeute. In Rostock erzielte die kurze Fruchtfolge die höchsten Deckungsbeiträge, am Standort Göttingen hingegen die niedrigsten. Hier ist Maisdaueranbau ökonomisch deutlich zu bevorzugen. Die weiteren Fruchtfolgen sind ökonomisch betrachtet jeweils etwa gleich leistungsfähig, in Göttingen allerdings auf einem wesentlich höheren Niveau als in Rostock. Betriebe mit der höchsten Fruchtartendiversität verfügen in der Regel über 15 - 30 Prozent Maisanteil. Damit ist Mais durchaus ein auflockerndes Fruchtfolgeelement. Fruchtfolgen werden eher von größeren als von kleineren Betrieben als Pflanzenschutzinstrument gesehen. Gerade kleinere Betriebe laufen Gefahr bei Betrieb einer Biogasanlage hohe Maisanteile im Anbau zu erreichen. Das Dilemma der Fruchtfolge als Management-Instrument zwischen ackerbaulicher Chance und betriebswirtschaftlicher Notwendigkeit konnte dargestellt werden.
Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Pflanzenbau - Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung durchgeführt. Für eine wirtschaftliche Nutzung der im Vorfeld identifizierten Genombereiche, die einen wesentlichen Beitrag zur Fusariumresistenz leisten, ist es nötig, deren Effektivität detaillierter zu untersuchen. Ziel ist es, mit Hilfe von züchterisch homogenerem Material die einzelnen Genombereiche genauer zu untersuchen und molekulare Marker zu entwickeln, die zur markergestützten Selektion in frühen Generationen eingesetzt werden können. Zusätzlich sollen neue Genombereiche, die in Zusammenhang mit Fusariumresistenz stehen, identifiziert werden. Für die QTL-Validierung werden Linien entwickelt, die sich im genetischen Hintergrund ähnlich sind und sich bezüglich der QTLs unterscheiden, so dass die spezifischen Effekte geschätzt werden können. Die Genotypisierung erfolgt mit den zuvor identifizierten Markern. Die Feldprüfungen werden in mehreren Umwelten und nach künstlicher Fusariuminfektion durchgeführt. Dies gilt auch für die Kartierung neuer Resistenz-QTLs. Eng gekoppelte molekularen Marker sollen in frühen Generationen zur Beschleunigung des Zuchtfortschrittes eingesetzt werden, und die im Lauf des Projektes entwickelten Linien werden als Kreuzungspartner in Zuchtprogrammen verwertet.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Landessaatzuchtanstalt (720) durchgeführt. Ährenfusariosen führen bei Weizen zu erheblichen Ertragseinbußen und zur Bildung von Mykotoxinen. Mit genomischen Techniken soll es gelingen, molekulare Marker zu finden und in Feldversuchen zu evaluieren, die erhöhte Pilzresistenz bedingen. Entsprechend der unterschiedlichen Methodik ist das Projekt in drei Module gegliedert, die jeweils von spezialisierten Arbeitsgruppen umgesetzt werden. Ziele von Modul 2 sind die Aufklärung von Nebenwirkungen hoch wirksamer exotischer Resistenzen auf die agronomischen Eigenschaften von deutschem Weizen sowie auf die genetische Zusammensetzung der Fusarium-Populationen, die Verringerung des einzulagernden Genomsegments durch molekulare Marker, und die Sicherung des langfristigen Selektionserfolges durch Erschließung neuer Resistenzquellen. Die exotischen QTL werden mit Markern in Elitematerial eingelagert, näher charakterisiert und ihre Segmentlänge möglichst verkürzt. Hinzu kommen mehrortige und mehrjährige Feldversuche mit künstlicher Inokulation von Fusarium culmorum und F.graminearum. Die im Projekt erarbeiteten Ergebnisse und Strategien werden publiziert und den interessierten Züchtern zugänglich gemacht.
Das Projekt "Teilprojekt D" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Saaten-Union Biotec GmbH durchgeführt. Detektion von QTLs für die Fusarium-Toleranzen der Kartierungspopulationen und Assoziations-Kollektion mit phenotypischen (Feldprüfungen) und molekulargenetischen Methoden Unterstützung der QTL-Analysen und Assoziations-Studien mit Mikrosatelliten-Markern und der Resistenzfeststellung mit Feldtests im Freiland Umsetzung neuer und besser erforschter Fusarium-Toleranzen in aktuelle Zuchtprogramme für Elite-Weizen. Anschluss an das internationale Know-How zum Thema Fusarium-Resistenz
Das Projekt "Einsatz neuer Methoden zur züchterischen Verbesserung der Resistenz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Landessaatzuchtanstalt (720) durchgeführt. Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist es, genomische Bereiche (QTL) im Triticale zu identifizieren, die für eine erhöhte Resistenz gegenüber Ährenfusariosen verantwortlich sind. Die Züchtung resistenter Triticalesorten ist eine nachhaltige Strategie zur Lösung der Fusarium- und Mykotoxinproblematik. Dazu wird eine Population aus einer Kreuzung resistent x anfällig kartiert. Die Linien werden in mehrortigen Feldversuchen nach Inokulation mit Fusarium culmorum auf ihre Resistenz gegenüber Ährenfusariosen untersucht. Der DON-Gehalt wird an den 10 Prozent der Linien mit dem höchsten bzw. geringsten Befall bestimmt. In einem Verifizierungsschritt soll kontrolliert werden, ob die gefundenen QTL auch in einer unabhängigen Teil-Population detektierbar sind. Inwieweit diese QTL in anderen genetischen Hintergründen nachgewiesen werden können, wird an drei weiteren Populationen überprüft. Es sollen geeignete Marker für die markergestützte Einlagerung der QTL in Elite-Zuchtmaterial bereitgestellt werden. Die enge Kooperation mit mittelständischen Triticale-Züchtern gewährleistet eine umgehende Verwertung der erarbeiteten Ergebnisse und stärkt ihre Wettbewerbskraft.
