In den letzten Jahren wurden im Bereich der Erforschung und Veränderung des Erbguts weitreichende Entwicklungen gemacht, die unter dem Begriff der „neuen Techniken“ zusammengefasst werden. Dazu gehören z. B. die CRISPR/Cas-Technik und die Oligonukleotidmutagenese (ODM bzw. OGM). Mithilfe der neuen Techniken ist es u. a. möglich, lediglich eine Base (einen Buchstaben der DNA-Sequenz) auszutauschen, kleinere oder größere Stücke künstlicher oder fremder DNA in das Erbgut einzubauen oder bestimmte Gene zu zerstören. Der Europäische Gerichtshof hat am 25.07.2018 folgendes Urteil gefällt: neue Züchtungstechniken wie Genome Editing und CRISPR sind als Gentechnik einzustufen. Nach jetzigem Erkenntnisstand und vorbehaltlich einer anderslautenden Äußerung der Europäischen Kommission oder der Gerichte sind die mit Verfahren der Mutagenese gewonnenen Organismen als genetisch veränderte Organismen auch im Sinne der Systemrichtlinie anzusehen. Das Ministerium für Umwelt, Klima, Mobilität, Agrar und Verbraucherschutz als die für das Gentechnikgesetz zuständige Behörde im Saarland empfiehlt Anwendern der neuen Techniken, vor deren Einsatz Kontakt mit dem Ministerium für Umwelt, Klima, Mobilität, Agrar und Verbraucherschutz aufzunehmen.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johann Heinrich von Thünen-Institut, Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei, Institut für Forstgenetik durchgeführt. Pappeln werden in Kurzumtriebsplantagen (KUP) für die Produktion von Bioenergie angebaut. Während der gesamten Zeit ist die Plantage Pilzerregern ausgesetzt, die schwere Schäden an den Bäumen verursachen können. Die meisten der schädlichen Pilzerreger bei der Pappel sind biotrophe Rostpilze der Gattung Melampsora. Die kosmopolitische Art Melampsora larici-populina stellt die größte Bedrohung für Pappelplantagen dar, da sie jährlich Wachstumseinbußen von bis zu 50 Prozent verursacht. Pflanzen erkennen Pilze über Rezeptoren, die das Pathogen-assoziierte molekulare Muster ('pathogen-associated molecular pattern'; PAMP) Chitin als Ligand binden. Wesentliche Bestandteile dieser Chitin-Rezeptoren sind 'Lysin-Motif-Receptor-Like-Kinasen' (LysM-RLKs). Analysen der Chitin-Signalkette in dikotyledonen Pflanzen zeigen, dass enzymatisch aktive und inaktive LysM-RLKs miteinander interagieren müssen, um einen funktionellen Rezeptor zu bilden. Die Wahrnehmung des Chitins löst in Pflanzen eine Immunantwort aus, die zu einer Resistenz gegen den Eindringling führen kann. Auf der anderen Seite müssen pilzliche Symbionten diese Immunantwort umgehen oder unterdrücken, um die Etablierung einer Mykorrhizierung zu erreichen. In dieser Hinsicht könnten LysM-Effektoren als Modulatoren der pflanzliche Immunantwort eine Rolle spielen. Ferner wird die Kommunikation zwischen der Pflanze und dem Mykorrhizapilz durch pilzliche Myc-Faktoren erleichtert, die von LysM-Rezeptoren des Wirts wahrgenommen werden. Das Ziel des beantragten Projekts ist es, LysM-RLK-Gene in Pappeln und LysM-Effektor-Gene in dem Mykorrhiza-Pilz Laccaria bicolor zu identifizieren. Diese Gene sollen funktionell charakterisiert werden, um dann ausgewählte Gene für die Verbesserung von Pathogenresistenz und Mykorrhizierung zu nutzen. Zu diesem Zweck werden transgene Linien hergestellt. Zusätzlich ist geplant CRISPR/Cas9 zur Genom-Editierung zu verwenden.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Albrecht-von-Haller Institut für Pflanzenwissenschaften, Abteilung Zellbiologie der Pflanze durchgeführt. Pappeln werden in Kurzumtriebsplantagen (KUP) für die Produktion von Bioenergie angebaut. Während der gesamten Zeit ist die Plantage Pilzerregern ausgesetzt, die schwere Schäden an den Bäumen verursachen können. Die meisten der schädlichen Pilzerreger bei der Pappel sind biotrophe Rostpilze der Gattung Melampsora. Die kosmopolitische Art Melampsora larici-populina stellt die größte Bedrohung für Pappelplantagen dar, da sie jährlich Wachstumseinbußen von bis zu 50 Prozent verursacht. Pflanzen erkennen Pilze über Rezeptoren, die das Pathogen-assoziierte molekulare Muster ('pathogen-associated molecular pattern'; PAMP) Chitin als Ligand binden. Wesentliche Bestandteile dieser Chitin-Rezeptoren sind 'Lysin-Motif-Receptor-Like-Kinasen' (LysM-RLKs). Analysen der Chitin-Signalkette in dikotyledonen Pflanzen zeigen, dass enzymatisch aktive und inaktive LysM-RLKs miteinander interagieren müssen, um einen funktionellen Rezeptor zu bilden. Die Wahrnehmung des Chitins löst in Pflanzen eine Immunantwort aus, die zu einer Resistenz gegen den Eindringling führen kann. Auf der anderen Seite müssen pilzliche Symbionten diese Immunantwort umgehen oder unterdrücken, um die Etablierung einer Mykorrhizierung zu erreichen. In dieser Hinsicht könnten LysM-Effektoren als Modulatoren der pflanzliche Immunantwort eine Rolle spielen. Ferner wird die Kommunikation zwischen der Pflanze und dem Mykorrhizapilz durch pilzliche Myc-Faktoren erleichtert, die von LysM-Rezeptoren des Wirts wahrgenommen werden. Das Ziel des beantragten Projekts ist es, LysM-RLK-Gene in Pappeln und LysM-Effektor-Gene in dem Mykorrhiza-Pilz Laccaria bicolor zu identifizieren. Diese Gene sollen funktionell charakterisiert werden, um dann ausgewählte Gene für die Verbesserung von Pathogenresistenz und Mykorrhizierung zu nutzen. Zu diesem Zweck werden transgene Linien hergestellt. Zusätzlich ist geplant CRISPR/Cas9 zur Genom-Editierung zu verwenden.
Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Büsgen-Institut, Abteilung Forstbotanik und Baumphysiologie durchgeführt. Pappeln werden in Kurzumtriebsplantagen (KUP) für die Produktion von Bioenergie angebaut. Während der gesamten Zeit ist die Plantage Pilzerregern ausgesetzt, die schwere Schäden an den Bäumen verursachen können. Die meisten der schädlichen Pilzerreger bei der Pappel sind biotrophe Rostpilze der Gattung Melampsora. Die kosmopolitische Art Melampsora larici-populina stellt die größte Bedrohung für Pappelplantagen dar, da sie jährlich Wachstumseinbußen von bis zu 50 Prozent verursacht. Pflanzen erkennen Pilze über Rezeptoren, die das Pathogen-assoziierte molekulare Muster ('pathogen-associated molecular pattern'; PAMP) Chitin als Ligand binden. Wesentliche Bestandteile dieser Chitin-Rezeptoren sind 'Lysin-Motif-Receptor-Like-Kinasen' (LysM-RLKs). Analysen der Chitin-Signalkette in dikotyledonen Pflanzen zeigen, dass enzymatisch aktive und inaktive LysM-RLKs miteinander interagieren müssen, um einen funktionellen Rezeptor zu bilden. Die Wahrnehmung des Chitins löst in Pflanzen eine Immunantwort aus, die zu einer Resistenz gegen den Eindringling führen kann. Auf der anderen Seite müssen pilzliche Symbionten diese Immunantwort umgehen oder unterdrücken, um die Etablierung einer Mykorrhizierung zu erreichen. In dieser Hinsicht könnten LysM-Effektoren als Modulatoren der pflanzliche Immunantwort eine Rolle spielen. Ferner wird die Kommunikation zwischen der Pflanze und dem Mykorrhizapilz durch pilzliche Myc-Faktoren erleichtert, die von LysM-Rezeptoren des Wirts wahrgenommen werden. Das Ziel des beantragten Projekts ist es, LysM-RLK-Gene in Pappeln und LysM-Effektor-Gene in dem Mykorrhiza-Pilz Laccaria bicolor zu identifizieren. Diese Gene sollen funktionell charakterisiert werden, um dann ausgewählte Gene für die Verbesserung von Pathogenresistenz und Mykorrhizierung zu nutzen. Zu diesem Zweck werden transgene Linien hergestellt. Zusätzlich ist geplant CRISPR/Cas9 zur Genom-Editierung zu verwenden.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Landessaatzuchtanstalt (720) durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Verbesserung der Resistenz von Mais gegenüber Kolbenfäulen, verursacht durch Fusarium spp., und Turcicum-Blattdürre, verursacht durch den Pilz Setosphaeria turcica. PRIMA kombiniert Methoden der Phytopathologie und der molekularen Züchtung und beinhaltet folgende Arbeitsfelder: i) Entwicklung neuer Methoden für die gezielte Nutzung tropischer genetischer Ressourcen in der Züchtung und Erhöhung der Biodiversität für Resistenz, ii) phytopathologische Studien zur Analyse von Arten- und Rassenspektren von Fusarium spp. und S. turcica und deren klimazonale Relevanz sowie Prüfung der Temperaturabhängigkeit der Resistenzen in Maislinien und iii) Untersuchung der Wirksamkeit der Callosesynthase und biotechnologische Entwicklung einer neuartigen Resistenzquelle mittels 'genome editing'. Die Zusammenführung aller Ansätze wird direkt zu innovativen Methoden für eine nachhaltige Resistenzzüchtung gegen pilzliche Erreger in Deutschland und auch international führen und der Zuchtfortschritt wird durch den Wirtschaftspartner KWS den Landwirten innerhalb weniger Jahre nach Projektende zur Verfügung gestellt werden.
Das Projekt "Teilprojekt 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Fachbereich Biologie, Biozentrum Klein Flottbek und Botanischer Garten durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Verbesserung der Resistenz von Mais gegenüber Kolbenfäulen, verursacht durch Fusarium spp., und Turcicum-Blattdürre, verursacht durch den Pilz Setosphaeria turcica. PRIMA kombiniert Methoden der Phytopathologie und der molekularen Züchtung und beinhaltet folgende Arbeitsfelder: i) Entwicklung neuer Methoden für die gezielte Nutzung tropischer genetischer Ressourcen in der Züchtung und Erhöhung der Biodiversität für Resistenz, ii) phytopathologische Studien zur Analyse von Arten- und Rassenspektren von Fusarium spp. und S. turcica und deren klimazonale Relevanz sowie Prüfung der Temperaturabhängigkeit der Resistenzen in Maislinien und iii) Untersuchung der Wirksamkeit der pathogen-induzierten Callosesynthase und biotechnologische Entwicklung einer neuartigen Resistenzquelle mittels 'genome editing'. Die Zusammenführung aller Ansätze wird direkt zu innovativen Methoden für eine nachhaltige Resistenzzüchtung gegen pilzliche Erreger in Deutschland und auch international führen und der Zuchtfortschritt wird durch den Wirtschaftspartner KWS den Landwirten innerhalb weniger Jahre nach Projektende zur Verfügung gestellt werden.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eisenhuth GmbH & Co. KG durchgeführt. Eine ganz wesentliche Motivation des Vorhabens ist die Entwicklung von biotechnologischen Produktionsprozessen in bioelektrochemischen Systemen. Dabei sollen in kontinuierlich betriebenen Fermentern an Elektrodenoberflächen Plattformchemikalien mit hoher Kohlenstoffeffizienz und hohen Raum-Zeit-Ausbeuten produziert werden. Zum rein verfahrenstechnischen Aspekt des Vorhabens hinzu kommt der Einsatz synthetischer Biologie mit einer selektionsbasierten Entwicklung des exoelektrogenen Proteobakteriums Shewanella oneidensis als stabiler Produktionsstamm. Der optimierte Organismus soll in Form elektrisch leitender Biofilme auf Anoden kultiviert werden. Um dieses Ziel zu erreichen, werden wir den Einsatz einer mikrofluidischen Screening Plattform zur Kultivierung von Shewanella oneidensis mit nicht invasiven bildgebenden Verfahren koppeln. CRISPR/Cas genome editing wird genutzt, um die genetische Stabilität das Organismus zu gewährleiten. Die oben skizzierten Arbeiten werden in das Design und den Bau eines skalierbaren Reaktors mit angepasstem Elektrodenmaterial einfließen. Die verwendeten Elektroden sollen ein opti-males Biofilmwachstum fördern und damit auch einen ausreichenden Elektronentransport zwischen Bakterien und Elektrode garantieren. Darüber hinaus soll der Reaktor so gestaltet werden, dass für die Biofilmbildung hydrodynamische Bedingungen gewährleistet werden können, die eine kompakte und komplette Besiedlung der Elektrodenoberfläche ermöglichen.
Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Hamburg, Institut für Technische Mikrobiologie V-7 durchgeführt. Die Motivation für das hier beantragte Vorhaben ist die Entwicklung von biotechnologischen Produktionsprozessen in bioelektrochemischen Systemen. Dabei sollen in kontinuierlich betriebenen Fermentern an Elektrodenoberflächen Plattformchemikalien mit hoher Kohlenstoffeffizienz und hohen Raum-Zeit-Ausbeuten produziert werden. Zum rein verfahrenstechnischen Aspekt des Vorhabens hinzu kommt der Einsatz synthetischer Biologie mit einer selektionsbasierten Entwicklung des exoelektrogenen Proteobakteriums Shewanella oneidensis als stabiler Produktionsstamm. Der optimierte Organismus soll in Form elektrisch leitender Biofilme auf Anoden kultiviert werden. Um dieses Ziel zu erreichen, werden wir den Einsatz einer mikrofluidischen Screening Plattform zur Kultivierung von Shewanella oneidensis mit nicht invasiven bildgebenden Verfahren koppeln. CRISPR/Cas genome editing wird genutzt, um die genetische Stabilität das Organismus zu gewährleisten. Die oben skizzierten Arbeiten werden in das Design und den Bau eines skalierbaren Reaktors mit angepasstem Elektrodenmaterial einfließen. Die verwendeten Elektroden sollen ein optimales Biofilmwachstum fördern und damit auch einen ausreichenden Elektronentransport zwischen Bakterien und Elektrode garantieren. Darüber hinaus soll der Reaktor so gestaltet werden, dass für die Biofilmbildung hydrodynamische Bedingungen gewährleistet werden können, die eine kompakte und komplette Besiedlung der Elektrodenoberfläche ermöglichen. Diese beiden genannten Eigenschaften sind eine Voraussetzung für hohe Umsatzraten in Biofilmreaktoren.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Engler-Bunte-Institut, Lehrstuhl für Wasserchemie und Wassertechnologie durchgeführt. Die Motivation für das hier beantragte Vorhaben ist die Entwicklung von biotechnologischen Produktionsprozessen in bioelektrochemischen Systemen. Dabei sollen in kontinuierlich betriebenen Fermentern an Elektrodenoberflächen Plattformchemikalien mit hoher Kohlenstoffeffizienz und hohen Raum-Zeit-Ausbeuten produziert werden. Zum rein verfahrenstechnischen Aspekt des Vorhabens hinzu kommt der Einsatz synthetischer Biologie mit einer selektionsbasierten Entwicklung des exoelektrogenen Proteobakteriums Shewanella oneidensis als stabiler Produktionsstamm. Der optimierte Organismus soll in Form elektrisch leitender Biofilme auf Anoden kultiviert werden. Um dieses Ziel zu erreichen, werden wir den Einsatz einer mikrofluidischen Screening Plattform zur Kultivierung von Shewanella oneidensis mit nicht invasiven bildgebenden Verfahren koppeln. CRISPR/Cas genome editing wird genutzt, um die genetische Stabilität das Organismus zu gewährleisten. Die oben skizzierten Arbeiten werden in das Design und den Bau eines skalierbaren Reaktors mit angepasstem Elektrodenmaterial einfließen. Die verwendeten Elektroden sollen ein optimales Biofilmwachstum fördern und damit auch einen ausreichenden Elektronentransport zwischen Bakterien und Elektrode garantieren. Darüber hinaus soll der Reaktor so gestaltet werden, dass für die Biofilmbildung hydrodynamische Bedingungen gewährleistet werden können, die eine kompakte und komplette Besiedlung der Elektrodenoberfläche ermöglichen. Diese beiden genannten Eigenschaften sind eine Voraussetzung für hohe Umsatzraten in Biofilmreaktoren.
Das Projekt "Teilprojekt D" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Pflanzenbau - Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung durchgeführt. Ziel von IdeMoDeResBar ist die nachhaltige Verbesserung der Ertragsstabilität und Kornqualität der Gerste zur Sicherung der Nahrungs- und Futtermittelproduktion. Neue, bislang nicht nutzbare Resistenzgene gegen Pilz- und Viruserkrankungen sollen in ihrer Funktion geklärt und über markergestützte Selektion Eingang in effiziente Zuchtprogramme finden. In Projektphase II werden die zugrundeliegenden Resistenzgene der Gerstenkrankheiten Gelbmosaikvirose (BaMMV/BaYMV; rym13, rym15), Zwergrost (Puccinia hordei, RphMBR1012) und Rhynchosporium-Blattfecken (Rhynchosporium commune, Rrs1) feinkartiert, in ihrer genetischen Funktion aufgeklärt und Selektionsmarker entwickelt. Zur Kartierung kommen Chromosomensortierung, NGS (Next Generation Sequencing) sowie Techniken und Genotypisierungsverfahren mit anschließenden modernen bioinfomatischen Analyseverfahren zum Einsatz. Expressionsanalysen der zugrundeliegenden Kandidatengene, mikroskopische Untersuchung der Wirt- /Pathogen-Interaktion sowie eine Validierung der gefundenen Kandidatengene durch Genome Editing oder Überexpression dienen der Funktionsaufklärung der bearbeiteten Resistenzgene. Resequenzierung der Kandidatengene im ausgewählten Genbank- und Züchtungsmaterial geben wichtige Hinweise zu genetischer Diversität und Herkunft der zugrundeliegenden Allele (allele mining). Die Arbeiten des Forschungsverbunds legen die Basis für die züchtungsbegleitende Einkreuzung und die wirtschaftliche Nutzung der bearbeiteten Resistenzgene in der Praxis und sind ein wichtiger Bestandteil in der Umsetzung einer nachhaltigen Landwirtschaft.