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s/genetische-vielfalt/Genetische Vielfalt/gi

Genetische Grundlagen für das Überleben der Birkhuhnpopulationen in Europa

Das Birkhuhn (Tetrao tetrix), einst typischer Bewohner von Moor- und Heidelandschaften, lebt in Deutschland außerhalb der Alpen nur noch in kleinen isolierten Vorkommen. Aufforstungen von Heideflächen und die Entwässerung und Kultivierung von Mooren reduzierten seinen Bestand. Heute steht das Birkhuhn als vom Aussterben bedrohte Art auf der Roten Liste der Brutvögel Deutschlands. Allein in Niedersachsen, wo außerhalb der Alpen noch der größte Birkhuhnbestand lebt, sank die Zahl der Tiere innerhalb der letzten 30 Jahre von rund 4.000 auf heute 200. Das Projekt untersucht die für den Artenschutz zentrale Frage, wie sich die voneinander isolierten Populationen in Deutschland an Veränderungen ihrer Lebensräume anpassen. Daraus sollen dann konkrete Empfehlungen für den Schutz des Birkhuhns abgeleitet werden.

Gerätekombination für Next-Generation-Sequenzierungen, High-Density Genotypisierungen und Expressionsmessungen

Das beantragte Gerätesystem kombiniert die Leistungsfähigkeit und hohe Auflösung der Next-Generation- Sequenzierung mit der Hochdurchsatz-Kapazität von Genotypisierungs- und Expressionsarrays. Es deckt den gesamten Bereich niedriger bis sehr hoher Plexitätsgrade ab und ermöglicht Untersuchungen auf DNA-, RNA- und Protein-Ebene. Es wird hauptsächlich von den überwiegend neu besetzten Fachgebieten Genetik und Züchtung landwirtschaftlicher Nutztiere, Nutzpflanzenbiodiversität und Züchtungsinformatik, Ernährungsphysiologie der Kulturpflanzen und Physiologie und Biotechnologie der Pflanzen genutzt. Die beiden genetischzüchterisch ausgerichteten Fachgebiete werden das Gerät schwerpunktmäßig für Sequenzierungen einzelner Gene und ganzer Genome und für Array-basierten Genotypisierungen und Expressionsanalysen nutzen. Die eher physiologisch ausgerichteten Fachgebiete werden das Gerät für die auf RNA-Sequenzierung basierende Expressionsanalyse, die Identifizierung von Mutationen durch next-genration-mapping, sowie für die Sequenzierung ausgewählter Gene landwirtschaftlicher Kulturpflanzen nutzen. Durch das mächtige Gerätesystem können diese Fachgebiete die Möglichkeiten der modernen Genomforschung in ihren jeweiligen Forschungsschwerpunkten mit einbauen und dadurch international sichtbare und hochkompetetive Projekte realisieren.

Genetische Diversität und Struktur der Kiefer in Deutschland - Eine Grundlage für den Schutz und die nachhaltige Nutzung der genetischen Vielfalt

Im Zuge der vierten Bundeswaldinventur (BWI2022) wurden erstmals in ganz Deutschland Proben für die genetische Inventur von sieben Hauptbaumarten gesammelt. Diese durch die Thünen-Institute für Waldökosysteme und Forstgenetik koordinierte deutschlandweite, flächenrepräsentative Probennahme ermöglicht erstmalig einen wirklich fundierten und umfassenden Überblick über die genetische Vielfalt sowie die räumliche Struktur der genetischen Diversität der wichtigsten Waldbaumarten in Deutschland. Anhand der deutschlandweit eingesammelten Proben soll eine hochaufgelöste Karte der genetischen Vielfalt und Struktur der Waldkiefer (Pinus sylvestris L.) erstellt werden. Die Erstellung einer solchen Karte gibt Aufschluss über die aktuelle genetische Vielfalt der Kiefer in Deutschland, die räumliche Verteilung dieser genetischen Vielfalt und den Zusammenhang zwischen genetischer Struktur und Umwelt- sowie Standortfaktoren. Die Kenntnis der genetischen Variation und ihrer Muster ist eine notwendige Grundlage für die nachhaltige Nutzung und Erhaltung forstgenetischer Ressourcen. Das Vorhaben dient damit der genetisch nachhaltigen Bewirtschaftung der Kiefer, dem Schutz ihrer lokalen genetischen Variation und bildet die Grundlage für ein Monitoring künftiger Veränderungen. Es verfolgt somit sowohl forstliche als auch naturschutzfachliche Ziele.

Untersuchung der natürlichen Antagonisten des Eichenprozessionsspinners in Deutschland

Im Verbundprojekt werden die Vielfalt an EPS-Pathogenen und EPS-Parasiten, -Parasitoiden und -Prädatoren, wie auch die Intensität des Befalls in verschiedenen Entwicklungsstadien des EPS und in unterschiedlichen standörtlichen und klimatischen Bedingungen systematisch erfasst. In unserem Teilvorhaben (TP1) wird die genetische Ausstattung der EPS-Populationen untersucht. In einem Transekt von Norden bis Süden Deutschlands werden EPS befallene Gebiete als Versuchsflächen von allen Projektpartnern gemeinsam ausgesucht. Diese Gebiete sollen möglichst unterschiedliche klimatische/standörtliche Bedingungen, wie auch eine unterschiedliche Kalamitätsgeschichte, darstellen, damit möglichst viele Faktoren, bei der Auswertung der genetischen Strukturen der EPS-Populationen berücksichtigt werden können. Diese EPS-Populationen werden mittels molekulargenetischer Marker genetisch untersucht. Dabei werden zwei mitochondrialer Gene (COI und COII) sequenziert um Differenzen zwischen EPS-Individuen festzustellen. Weiterhin werden nukleare Mikrosatelliten Marker (SSRs) angewendet, um die genetische Variabilität innerhalb und die genetische Differenzierung zwischen Populationen zu erfassen. In diesem Schritt werden bekannte, erfolgreiche SSRs aus dem Pinien- auf den Eichenprozessionsspinner übertragen. Die am besten funktionierenden und variablesten SSRs werden für die Erfassung der genetischen Strukturen der EPS-Populationen verwendet. Sowohl die Sequenzierung der COI-Gene als auch die Fragmentanalyse der SSRs werden mittels Kapillarlektrophorese an einem DNA-Sequenzer durchgeführt. Die räumlichen genetischen Strukturen und die phylogenetische Bäume werden in Zusammenhang mit den standörtlichen/klimatischen/Kalamitätsgeschichtlichen Faktoren Auskunft über die Abstammung/Entstehung der Populationen geben. In der Gesamtauswertung im Verbundprojekt wird die genetische Diversität der EPS-Populationen mit der Vielfalt der Antagonistenvielfalt und die Befallsidensität korreliert werden.

Untersuchung der natürlichen Antagonisten des Eichenprozessionsspinners in Deutschland, Teilvorhaben 1: Genetische Bestimmung der EPS-Populationen

Im Verbundprojekt werden die Vielfalt an EPS-Pathogenen und EPS-Parasiten, -Parasitoiden und -Prädatoren, wie auch die Intensität des Befalls in verschiedenen Entwicklungsstadien des EPS und in unterschiedlichen standörtlichen und klimatischen Bedingungen systematisch erfasst. In unserem Teilvorhaben (TP1) wird die genetische Ausstattung der EPS-Populationen untersucht. In einem Transekt von Norden bis Süden Deutschlands werden EPS befallene Gebiete als Versuchsflächen von allen Projektpartnern gemeinsam ausgesucht. Diese Gebiete sollen möglichst unterschiedliche klimatische/standörtliche Bedingungen, wie auch eine unterschiedliche Kalamitätsgeschichte, darstellen, damit möglichst viele Faktoren, bei der Auswertung der genetischen Strukturen der EPS-Populationen berücksichtigt werden können. Diese EPS-Populationen werden mittels molekulargenetischer Marker genetisch untersucht. Dabei werden zwei mitochondrialer Gene (COI und COII) sequenziert um Differenzen zwischen EPS-Individuen festzustellen. Weiterhin werden nukleare Mikrosatelliten Marker (SSRs) angewendet, um die genetische Variabilität innerhalb und die genetische Differenzierung zwischen Populationen zu erfassen. In diesem Schritt werden bekannte, erfolgreiche SSRs aus dem Pinien- auf den Eichenprozessionsspinner übertragen. Die am besten funktionierenden und variablesten SSRs werden für die Erfassung der genetischen Strukturen der EPS-Populationen verwendet. Sowohl die Sequenzierung der COI-Gene als auch die Fragmentanalyse der SSRs werden mittels Kapillarlektrophorese an einem DNA-Sequenzer durchgeführt. Die räumlichen genetischen Strukturen und die phylogenetische Bäume werden in Zusammenhang mit den standörtlichen/klimatischen/Kalamitätsgeschichtlichen Faktoren Auskunft über die Abstammung/Entstehung der Populationen geben. In der Gesamtauswertung im Verbundprojekt wird die genetische Diversität der EPS-Populationen mit der Vielfalt der Antagonistenvielfalt und die Befallsidensität korreliert werden.

Gene flow and sex ratio of Populus euphratica Oliv. floodplain forests at the Tarim River, Xinjiang, NW China

In extension of a previous project dedicated to study the genetic diversity of the so-called Tugai forests in the extremely arid Tarim basin of Chinas Xinjiang province, we want to investigate reproductive biology and the performance of sexes in Populus euphratica, as well as the gene flow between stands to explain the high degree of genetic diversity distributed within stands. This should allow deriving sound recommendations for a conservation strategy of the Tugai forests. In addition, we want to extent the existing body of data on mapped and genotyped old-growth stands to derive a sex aggregation index and show its usefulness for estimating stand clonality by comparison with the clonality index derived from microsatellite genotyping. Due to a change of methods for genotyping (from AFLP to a high-throughput microsatellite multiplex PCR) we saved money to genotype three more stands. This will provide consumables for one Ph.D. student (currently payed by a scholarship from the state of Mecklenburg-Western Pomerania) to complete her Ph.D. thesis.

Nutzung genetischer Ressourcen der Schmalblättrigen Lupine (Lupinus angustifolius L.) zur Sicherung der Alkaloidarmut für die Feed- und Foodverwendung

Das Ziel des Vorhabens ist es, durch Züchtungsforschung und Züchtung die Qualität der schmalblättrigen Süßlupine für die Verwendung im Food- und Feedbereich und damit die Anbauwürdigkeit zu verbessern. Durch die Einbeziehung bisher ungenutzter genetischer Ressourcen soll die genetische Diversität des vorhandenen Zuchtmaterials von Schmalblättriger Süßlupine bereichert und das genetische Ertragspotenzial dieser Kulturart gesichert und weiter verbessert werden. Hierbei liegt der Fokus auf der Entwicklung neuer Sorten mit umweltstabil niedrigen Alkaloidgehalten bei gleichzeitig hohem Ertragspotenzial.

Die genetische Kontrolle morphologischer und ionimscher Anpassung während der Kolonisation Indiens durch Körneramarant

Der Klimawandel und das rapide Bevölkerungswachstum stellen die Nahrungsmittelproduktion vor eine große Herausforderung. Kulturpflanzen mit hoher Nährstoffqualität, wie zum Beispiel Körneramarant, haben ein hohes Potential zur Ernährungssicherung der Zukunft beizutragen. Um zu verstehen wie Pflanzen sich an veränderte Umwelten anpassen können, ist detailliertes Wissen über die genetische Vielfalt und anpassungsrelevante Merkmale notwendig. Anpassungsmerkmale beinhalten nicht nur morphologische, sondern auch physiologische und intrinsische Merkmale, wie das Pflanzenionom. Die weltweite Ausbreitung von Kulturpflanzen ist ideal, um die Anpassung an neue Umwelten zu untersuchen. Auch vernachlässigte Kulturpflanzen haben sich im letzten Jahrtausend über ihr Donestikationszentrum hinaus ausgebreitet. Bevor Körneramarant sich ausbreitete, wurden drei Arten unabhängig voneinander vom gleichen Vorfahren domestiziert. Später kolonisierte Amarant auch Indien, wo sich in den letzten 400 Jahren lokale Landrassen, die gut an ihre neue Umwelt angepasst sind, entwickelten. Unsere Vorarbeiten deuten darauf hin, dass alle drei domestizierten Arten zu heutigen indischen Landrassen beitrugen. Darüber hinaus ist zu vermuten, dass lokale angepasste wilde Amarantarten adaptive genetische Variation zur Anpassung der Kulturpflanze an die neue Umwelt beisteuerten. In diesem Projekt verbinden wir Populations-, quantitative und molekulare Genetik, um die Anpassung während der Ausbreitung von Kulturpflanzen zu verstehen. Mit der Einführung von Amarant nach Indien, werden wir die morphologischen, ionomischen und genomischen Veränderungen untersuchen, um die Herkunft adaptiver genetischer Variation zu verstehen. Darüber hinaus werden wir die molekulare Basis agronomischer und qualitätsrelevanter Merkmale beleuchten. Wir haben vor, die Funktion von Schlüsselkandidatengenen mit Hilfe von Expressionsanalysen und Genomeditierung in Amarant zu validieren. Diese deutsch-indische Kollaboration bringt die Pflanzenzüchtungsforschung und ionomische Expertise des indischen Partners mit der evolutionsgenomischen Expertise des deutschen Partners zusammen, um Synergien dieser Felder zu nutzen. Im speziellen, werden wir 300 Körneramarantakzessionen an drei unterschiedlichen Standorten in Indian morphologisch und ionomisch vergleichen. Diese Daten werden wir mit genomweiten genetischen Markerdaten verbinden, um adaptive Variation zu detektieren und Gene, die für die Anpassung relevant sind, funktionell validieren. Der Vergleich mit genetischer Variation von lokalen Wildarten wird es erlauben, deren Beitrag zur Anpassung von Körneramarant zu verstehen. Durch dieses gemeinschaftliche Projekt werden wir zum Verständnis, wie Kulturpflanzen sich an neue Umwelten anpassen und welche Quellen adaptiver Variation vorhanden sind, beitragen. Wir planen Gene zu identifizieren, die den Nährstoffgehalt regulieren und deshalb zur Verbesserung der Amarantqualität und zu Ertragssteigerungen beitragen können.

Optimierung der Wassernutzungseffizienz von Hopfen (Humulus lupulus L.) für eine nachhaltige Hopfenproduktion, Teilprojekt C

Optimierung der Wassernutzungseffizienz von Hopfen (Humulus lupulus L.) für eine nachhaltige Hopfenproduktion, Teilprojekt A

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