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.
Lipoxygenases (LOX) catalyze the addition of molecular oxygen to polyunsaturated fatty acids to produce their respective hydroperoxides and have many different putative physiological functions in higher plants. The LOX reaction provides the substrates, e.g. for the formation of aroma-active C6-aldehydes as well as hexyl and hexenyl esters that decisively shape the aroma pattern of ripe and stored apple fruits. Therefore, the focus of the project will be on the characterization of the LOX gene family in apple to investigate for the first time crucial steps of the aroma formation in fruits of the cultivated apple with an interdisciplinary approach using molecular genetic and biochemical methods. Preliminary data obtained from QTL analyses and candidate gene mapping approaches have confirmed that lipoxygenase (LOX) is an important gene which determines aroma profiles of apple genotypes. Available Malus databases will be screened for LOX nucleotide sequences. LOX genes belonging to different subclasses of the gene family will be cloned by PCR-based strategies and genetically mapped in the Malus genome. Temporal and spatial expression patterns will be determined and candidate genes functionally characterized by heterologous expression systems (E. coli, Nicotiana, Fragaria). The data will finally be used to develop functional markers to support molecular breeding and to enable a more efficient documentation of biodiversity of aroma patterns in Malus gene bank accessions, apple varieties and breeding material lifting the selection of suitable crossing partners to a new efficiency level.
Steigende Temperaturen und Wassermangel verringern die Ernteerträge und die Qualität der Ernte in vielen landwirtschaftlichen Regionen. Dieses Problem wird sich durch den Klimawandel voraussichtlich noch verstärken. Wir werden uns in diesem Projekt auf Reis, eine er die wichtigste menschliche Nahrungspflanzen, konzentrieren. Der Anbau von Reis ist wasserintensiv, und vom Klimawandel besonders betroffen. Wir wollen mehrere natürliche genetische Variationen identifizieren und testen, die bereits einige Reis-Landrassen in die Lage versetzen, unter warmen und trockenen Klimabedingungen ausreichend Saatgut zu produzieren. Das Projekt hat die Verbesserung der Klimaresistenz von Nutzpflanzen zum Ziel. Ein Fokus liegt dabei auf der Rolle der Spaltöffnungen. Diese regulierbaren Poren steuern den Wasserverlust aus der Pflanze und sind daher entscheidend für die Verdunstungskälte und die Reaktion auf Trockenstress. Wir haben bereits die Genome von fast eintausend Reissorten untersucht, um eine Liste von 30 Genen mit natürlich vorkommenden Variationen zu identifizieren, die mit Wachstum in schwierigen Umgebungen verbunden sind. Sechs dieser Gene wurden priorisiert, und drei von ihnen sind direkt an der Regulierung der Spaltöffnungen beteiligt. Um herauszufinden, welche dieser Gene am ehesten in der Lage sind, Klimaresilienz zu verleihen, werden wir 200 traditionelle Reissorten, die entweder funktionale oder nicht-funktionale Kopien unserer Zielgene enthalten, untersuchen. Wir werden diese Reissorten sowohl in sorgfältig kontrollierten Umgebungen als auch in tropischen Feldversuchen anbauen und ihre Stressresistenz und ihren Nährstoffgehalt messen. Die Daten aus diesen Experimenten werden nicht nur die genetischen Sequenzen aufzeigen, die von Natur aus mit Hitze- und Dürretoleranz verbunden sind, sondern es auch ermöglichen, mit Hilfe von maschinelles Lernen die Eigenschaften, die die beste Vorhersagen für die Leistung der Pflanzen auf dem Feld erbringen, zu ermitteln. Wir werden die Funktion unserer Zielgene durch genetische Manipulation ihrer Expression verifizieren und durch in silico transkriptomische, physiologische und biochemische Analysen neue genomische Ressourcen für die Reisforschungsgemeinschaft bereitstellen. Schließlich werden wir mit Hilfe von Gene Editing versuchen die gefundene Stressresistenz in stressanfälligen modernen Elitereissorte wiederherzustellen. Um dies zu erreichen, brauchen wir die verschiedenen Fähigkeiten unseres multidisziplinären Teams. Darüber hinaus haben wir ein "Bürgerwissenschaftliches" Programm entwickelt, um die Rolle aller 30 klimaassoziierten Reisgenen neben den vorrangigen Zielgenen zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden wir mit Schülern in lokalen Schulen in den USA und Großbritannien zusammenarbeiten. Hierbei werden wir zusätzliche Gene untersuchen und den Schülern und Lehrern die Möglichkeit geben, einen Beitrag zu den internationalen Forschungsbemühungen die den Klimawandel bekämpfen zu leisten.
This is the bioinformatics service project of the SFB924. It will support and train all scientists involved in bioinformatic analysis.
Eine hohe Salzkonzentration im Boden führt bei Pflanzen unweigerlich zu schwerem Wassermangel. Vor dem Hintergrund des Klimawandels wird dies weltweit als eine große Bedrohung für die landwirtschaftliche Produktion angesehen. Klimamodelle sagen bis zum Jahr 2050 einen zunehmenden Druck der Salinität der Böden auf die landwirtschaftliche Produktivität voraus. Das Verständnis und die Nutzung der Toleranz von Pflanzen gegenüber hohen Salzkonzentrationen werden daher zu einer großen wissenschaftlichen Herausforderung. Die Verbesserung der Salztoleranz ist komplex, da sie als quantitatives Merkmal reguliert wird, an dem mehrere genetische Pfade gleichzeitig beteiligt sind. Die offensichtliche Auswirkung von Salzstress auf das Pflanzenwachstum und die Produktion besteht darin, dass die Pflanzenwurzeln Probleme haben, Wasser aufzunehmen, indem sie den osmotischen Stress in den Wurzelzellen und die Ionentoxizität (z. B. Na+) reduzieren. Gegenwärtig fehlt es an Wissen über die Auswirkungen des Salzgehalts auf die Regulierung des Primärstoffwechsels sowie über die molekularen Grundlagen bezüglich der Gene, welche zur Salztoleranz bei Nutzpflanzen beitragen. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens möchte ich neue genetische und molekulare Wege zur Charakterisierung der Regulierung salztoleranzbezogener Merkmale im Keimlings-, vegetativen und Reproduktionsstadium in zwei hochdiversen Gerstenkollektionen entdecken und erklären. Meine Hypothese ist, dass die Identifizierung neuer Loci und Gene, die eine wichtige Rolle bei der Anpassung von Gerste an Salzstress spielen, Züchtungsprogramme zur Bewältigung des Klimawandels und die nachhaltige Produktion von Gerste und anderen Kulturpflanzen wie Weizen erheblich unterstützen wird. Um mein Forschungsziel zu erreichen, werde ich mich auf die Charakterisierung der weltweit sehr diversen Gerstensammlungen HEB-25 und der Intermedium-spike Gerstensammlung konzentrieren, um Eigenschaften zu untersuchen, die mit dem Pflanzenertrag unter Salzstress zusammenhängen. Der nächste Schritt besteht darin, die Sequenz der nützlichen Allele wilder Verwandter mithilfe von Genomeditierung in Elitegerste einzuführen. Dieser zweite Ansatz würde darin bestehen, alle Probleme außer Acht zu lassen, da das Kandidatengen für die Blütenentwicklung essentiell ist und ein vollständiger Knockout tödlich wäre. Ich werde diese Forschungsarbeiten an der sehr gut entwickelten und etablierten Professur für Pflanzenzüchtung der Universität Halle (MLU) durchführen, welche einen einzigartigen Ausgangspunkt für ein Forschungsnetzwerk zum Thema Salinitätsstress bietet, in Kooperation mit führenden Pflanzenwissenschaftlern der Naturwissenschaftlichen Fakultät III der MLU und des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK).
Es wird eine Methode entwickelt, welche den empfindlichen Nachweis durch UV und Roengenstrahlen induzierter Veraenderungen in der DNS ermoeglicht. Dazu werden in Kaninchen nach Injektionen bestrahlte DNS Antikoerper gebildet. Strahlenschaeden koennen mit ihrer Hilfe durch einen Radioimmunoverdraengungsassay in sehr geringen Mengen auch dort nachgewiesen werden, wo eine Markierung der DNS nicht moeglich ist.
Die Pflanzenzüchtung beruht überwiegend auf der Selektion von neuen, vorteilhaften Allelkombinationen um Nutzpflanzen zu verbessern. Neue Allelkombinationen entstehen durch meiotische Rekombination und Fremdbestäubung im Zuge der sexuellen Reproduktion. Rekombination und Fremdbestäubung zählen gleichzeitig zu den wichtigen Mechanismen, welche die Evolution pflanzlicher Populationen ermöglichen. Die Genome vieler Nutzpflanzen (z.B. Roggen, Weizen und Gerste) bestehen aus sehr großen, heterochromatischen Bereichen, in denen die Rekombinationsrate extrem reduziert ist. In diesen genomischen Bereichen befinden sich allerdings ca. 30 % aller Gene, welche dadurch für Pflanzenzüchter unzugänglich sind. In diesen Bereichen befinden sich tendenziell Gene, welche in essentiellen zellulären Prozessen, wie z.B. der Photosynthese, involviert sind. Weiterhin ist die Fremdbestäubung in Arten, welche ihren Pollen über Wind verbreiten, von der Größe der Pollen abhängig.Die meiotische Rekombination und die Pollenentwicklung werden auf molekularbiologischer Ebene durch mehr als 80 bisher bekannte Gene reguliert. Interessanterweise sind beide Prozesse auch stark von Umweltbedingungen abhängig. Diese Umweltabhängigkeit führt zu quantitativen Änderungen in der Ausprägung dieser Merkmale und ermöglicht so Variabilität in der Entstehung neuer Allelkombinationen im Laufe der Evolution.Das Ziel dieses Projektes ist es die genetischen Mechanismen zu verstehen, welche zu Variationen in der Rekombinationsrate, der Pollengröße und der Selektion unter Stressbedingungen führen. Die Erkenntnisse, welche hier erarbeitet werden, können dazu führen Züchtungsmethoden zu verbessern. Dies kann durch eine Erhöhung der effektiven Rekombinationsrate durch meiotische Rekombination und Fremdbestäubung geschehen. Weiterhin besteht die Möglichkeit unser Verständnis über den direkten Einfluss von Rekombination und Fremdbestäubung auf Verschiebungen in der Allelfrequenz durch Selektion zu verbessern.Um dieses Ziel zu erreichen beabsichtigen wir einen Dauerfeldversuch zu nutzen in dem eine Roggenpopulation abiotischem Stress ausgesetzt ist. Das Projekt ist auf drei Schwerpunkte ausgerichtet: (1) der genetischen Kontrolle der Rekombinationsrate unter abiotischem Stress und basierend auf genetischen Unterschieden, (2) der genetischen Grundlage von quantitativen Unterschieden in der Pollengröße unter abiotischem Stress und basierend auf genetischen Unterschieden und (3) der Verschiebung von Allelfrequenzen durch Selektion unter abiotischem Stress und wie diese direkt von Rekombination und Fremdbestäubung beeinflusst werden.Dies wird unser Verständnis über die effektive Entstehung neuer Allelkombinationen durch Rekombination und Fremdbestäubung verbessern. Die hier identifizierten Genvarianten können dann in Züchtungsprogramme integriert werden.
Zum Arbeitsgebiet "Grundlagen der Forstgenetik" zählen die folgenden Sachgebiete: - Erhaltung des Genpotentials heimischer Baum- und Straucharten - Evaluierung von Generhaltungsbeständen und -objekten - In situ-Maßnahmen - Samenplantagen zur Generhaltung - Aufbereitung von Forstgenbankdaten Die Arbeit der Forstgenbank richtet sich besonders auf die Erfassung, Bewertung und Erhaltung der genetischen Vielfalt der Baum- und Straucharten. Erster Schritt ist die Auswahl und Bewertung erhaltungswürdiger Bestände und Vorkommen durch speziell ausgeführte Inventuren aufgrund von Hinweisen aus den jeweiligen Forstverwaltungen. In situ-Maßnahmen (z.B. Verjüngung des Waldbestandes) können parallel zur Sicherung der Ressourcen durch Ernte erfolgen. Die Saatguternte einschließlich der Saatgutaufbereitung sowie die Gewinnung von Stecklingen bzw. Pfropfreisern ist Vorraussetzung für alle weiteren Arbeiten. Das aufbereitete Saatgut wird entweder eingelagert oder für die Aussaat vorbereitet. Da das Saatgut vieler Arten nur begrenzt lagerfähig ist, wird die Saatguteinlagerung durch die Begründung von Ersatzbeständen ergänzt. Besonders bedrohte Vorkommen oder bereits selten gewordene Arten werden zusätzlich in Samenplantagen gesichert, in denen unter genetischen Gesichtspunkten ausgewählte Individuen regional abgegrenzter Vorkommen zusammengefaßt werden, so daß Saatgut erzeugt wird, dessen genetische Information zu der Region passt, in der es verwendet werden soll. Die Aufgaben und Maßnahmen der Forstgenbank werden alle 2 Jahre (in Zukunft alle 3-4 Jahre) in einem Tätigkeitsbericht (Bund-Länder-Arbeitsgruppe "Erhaltung forstlicher Genressourcen") dokumentiert.
In diesem Forschungsvorhaben ist beabsichtigt, die Expression der Gene, die für das nitratverwertende System kodieren mit der von Genen die für Enzyme aus dem Kohlenstoffmetabolismus kodieren, zu korrelieren. Es kommt somit darauf an, Signale die jeweils dem einen oder dem anderen Stoffwechselweg zugeordnet werden können, in ihrer Wirkung auf die Expression von Schlüsselgenen aus dem jeweils anderen Stoffwechselweg zu untersuchen. Das Ziel ist es, die Schnittstellen (crosstalk) zwischen diesen, das Leben der Pflanzen essentiell bestimmenden Stoffwechselwegen zu erforschen. Zusätzlich sollen andere Umweltfaktoren wie erhöhter CO2-Gehalt, Hitzestress und Wasserstress in ihrer Wirkung untersucht werden. Dieses Vorhaben kann verifiziert werden, seit das vollständige Genom der Modellpflanze Arabidopsis verfügbar ist, und seitdem die Methode der 'Micro arrays' signifikanten Fortschritt gemacht hat. Beide Voraussetzungen sind im Labor von Prof. N. Crawford gegeben.
Die Resilienz natürlicher Populationen gegen Umweltveränderungen wird von der Menge schädlicher Mutationen in der Population, d.h. ihrer Mutationslast bestimmt. Deren Fitnesseffekt hängt vom Selektionsdruck und der Populationsgröße ab, welche beide in Raum und Zeit veränderlich sind. Auswirkungen dieser Dynamik auf die Mutationslast sind wenig erforscht, was unser Verständnis der Gefährdung von Arten durch Umweltveränderungen behindert. Drastische Reduzierungen der Populationsgröße führen zu Inzucht, was die Mutationslast stärker exponiert und selektiv wirksam macht. Dies verursacht eine Fitness-Reduktion betroffener Individuen, ermöglicht aber auch eine Entfernung schädlicher Mutationen durch Purging, was die Mutationslast langfristig verringern kann. Folglich hat Übernutzung in der Vergangenheit die Mutationslast vieler Arten beeinflusst, vor allem in der Antarktis, wo Robben- und Walfang große ökologische Auswirkungen hatten. In meinem Projekt plane ich durch Genomsequenzierung räumliche und zeitliche Dynamiken der Mutationslast in Antarktischen Pelzrobben zu erforschen. Dabei verfolge ich drei komplementäre Ziele. Erstens werde ich räumliche Dynamiken der Mutationslast durch den Vergleich von sechs Populationen mit unterschiedlicher effektiver Populationsgröße und Geschichte untersuchen. Erkenntnisse zur Mutationslast dieser Populationen liefern Aufschluss über deren Gefährdung durch Umweltveränderungen. Zweitens werde ich Langzeit-Dynamiken der Mutationslast durch eine Quantifizierung von Purging zu verschiedenen Zeitpunkten der Populationsgeschichte analysieren. Ein Vergleich von Regionen innerhalb des Genoms welche vor, während und nach dem durch Robbenjagd verursachten Flaschenhals von Inzucht betroffen waren, wird über das genetische Erbe dieses Eingriffes aufklären. Schließlich werde ich kurzfristige Dynamiken der Mutationslast untersuchen, indem ich den Umwelteinfluss auf die Mutationslast einer rückläufigen Population in Südgeorgien analysieren werde. Dort hat sich der Selektionsdruck auf die Robben durch den von Erwärmung getriebenen Rückgang des Antarktischen Krills erhöht. Eine einzigartige, vier Jahrzehnte umfassende Langzeitstudie erlaubt hier die Erforschung des Zusammenhangs der Mutationslast und dem Fitnessmerkmal „Rekrutierungs-Erfolg“. Dies kann zeigen, ob aktuelle Umweltveränderungen die Mutationslast durch Purging verringern, was für die Beständigkeit der Populationen relevant ist. Mein Projekt kombiniert hochauflösende genomische Verfahren mit einem herausragenden Untersuchungssystem und verspricht neue Erkenntnisse zur Beständigkeit eines antarktischen Prädatoren. Diese sind essentiell für das Verständnis der Resilienz des Ökosystems des Südpolarmeeres. Durch die Einführung moderner genomischer Methoden in ein polares Modellsystem werde ich zum SPP beitragen können, zudem werde ich mich durch Kollaborationen und das Ausrichten eines Workshops zu reproduzierbarem coding in die breitere SPP-Gemeinschaft integrieren.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 925 |
| Europa | 50 |
| Land | 49 |
| Weitere | 47 |
| Wissenschaft | 362 |
| Zivilgesellschaft | 7 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 2 |
| Ereignis | 5 |
| Förderprogramm | 891 |
| Repositorium | 1 |
| Taxon | 1 |
| Text | 40 |
| unbekannt | 48 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 80 |
| Offen | 903 |
| Unbekannt | 5 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 881 |
| Englisch | 261 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 1 |
| Bild | 3 |
| Datei | 5 |
| Dokument | 27 |
| Keine | 571 |
| Multimedia | 2 |
| Unbekannt | 2 |
| Webseite | 395 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 613 |
| Lebewesen und Lebensräume | 964 |
| Luft | 436 |
| Mensch und Umwelt | 988 |
| Wasser | 436 |
| Weitere | 962 |