Barley (Hordeum vulgare) is an important cereal grain which serves as major animal fodder crop as well as basis for malt beverages or staple food. Currently barley is ranked fourth in terms of quantity of cereal crops produced worldwide. In times of a constantly growing world population in conjunction with an unforeseeable climate change and groundwater depletion, the accumulation of knowledge concerning cereal growth and rate of yield gain is important. The Nordic Genetic Resource Center holds a major collection of barley mutants produced by irradiation or chemical treatment. One phenotypic group of barley varieties are dwarf mutants (erectoides, brachytic, semidwarf, uzu). They are characterized by a compact spike and high rate of yield while the straw is short and stiff, enhancing the lodging resistance of the plant. Obviously they are of applied interest, but they are also of scientific interest as virtually nothing is known about the genes behind the development of plant dwarfism. The aim of this project is to identify and isolate the genes carrying the mutations by using state of the art techniques for gene cloning at the Carlsberg Laboratory. The identified genes will be connected with the mutant phenotype to reveal the gene function in general. One or two genes will be overexpressed and the resulting recombinant proteins will be biochemically and structurally characterized. The insights how the mutation effects the protein will display the protein function in particular. Identified genes and their mutant alleles will be tested in the barley breeding program of the Carlsberg brewery.
Mais und Milch sind Lebensmittel, die bei der afrikanischen Bevölkerung sehr beliebt sind und stark konsumiert werden. Unglücklicherweise sind sowohl Grundnahrungsmittel als auch Futtermittel und Milch häufig und stark mit Aflatoxinen kontaminiert, wodurch die Bevölkerung ständig Toxingehalten ausgesetzt ist, die weit über den empfohlenen Grenzwerten liegen. Dennoch nimmt der Konsum dieser Produkte beständig zu. AflaZ fokussiert daher auf eine Verbesserung der Lebensmittelsicherheit und des Qualitätsstandards von Milch, Mais und daraus hergestellten Produkten; Kenia dient als Modellregion, da es ein Hochrisikogebiet für Aflatoxinkontaminationen und Schimmelpilzbefall im Lebensmittelbereich ist. Im Rahmen des AflaZ-Projektes sollen schnelle, effektive und nachhaltige Methoden entwickelt werden, um Pilzbefall und Aflatoxinkontamination sowohl auf dem Feld als auch im Lager sensitiv zu detektieren, zu analysieren und effektiv zu reduzieren. Ein nachhaltiger und effektiver Wissenstransfer zwischen Wissenschaftlern und Anwendern ist dabei die Voraussetzung für gewünschte Verhaltensänderungen in Haus und Hof. Aufgrund dessen implementiert AflaZ umfangreiche Programme zur Kompetenzerweiterung (Capacity Building), die Kooperationen mit lokalen Institutionen, Farmern, Studierenden und weiteren Beteiligten mit einschließen und ermöglichen so einen nachhaltigen Wissenstransfer, kulturelle Akzeptanz der Empfehlungen und die effektive Integration der neuen Methoden durch die lokale Bevölkerung. Am FLI soll dabei anhand eines Carry-over Versuches mit Milchkühen die gesamte Lebensmittelkette, beginnend mit der Fütterung von Aflatoxin kontaminiertem Mais, bis hin zum fertigen Milchprodukt modellhaft abgebildet werden. Für die Diagnostik des Gesundheitsstatus der Milchkuh während des Fütterungsversuches werden insbesondere Blutproben herangezogen. Dabei wird ein Panel an klinisch-chemischen sowie hämatologischen Parametern bestimmt, welche es erlauben, neben den hepatotoxischen Effekten auch mögliche Wirkungen auf den Energie-, Fett- und Proteinstoffwechsel sowie auf das differenzierte rote und weiße Blutbild zu erfassen. Zusätzlich sollen einzelne Lymphozytensubpopulationen (T- und B-Zellen) näher charakterisiert werden. Das in der Leber gebildete, hochreaktive Aflatoxinepoxid kann unter Addukt- Bildung die DNA schädigen. Diese DNA-Schädigungen können im Blut mit Hilfe des auf Gelelektrophorese beruhenden Comet-Assays nachgewiesen werden. Die Analyse von Biomarkern spielt für die Bewertung der Exposition eine wichtige Rolle und kann Aussagen über die Verteilung im Körper, die Metabolisierung und Ausscheidung liefern, um eine Risikoabschätzung vornehmen zu können. Bei der Milchkuh wird hier vor allem der Hauptmetabolit Aflatoxin M1 in der Milch herangezogen. Durch die Analyse weiterer Biomarker in Blut und Urin sollen Endpunkte einer Risikobewertung identifiziert werden. Hierzu sollen geeignete chromatographische oder immunologische Methoden etabliert werden.
Bananen liefern als zweitgrößte Anbaufrucht der Erde lokal wichtige Grundnahrungsmittel und Rohstoffe. Ihr Pflanzmaterial kann aufgrund genomischer Besonderheiten nicht aus Samen gewonnen werden. Die Qualität des derzeit verwendeten Materials für die vegetative Vermehrung ist oft gering und die Gefahr der Krankheitsübertragung ist groß. Dieses Teilprojekt konzentriert sich auf die Low-Budget-Produktion hochwertigen Pflanzmaterials, um mit leicht zu verwendenden lokalen Techniken eine effiziente Produktion von verbessertem Pflanzmaterial und damit höhere Erträge und Einkommen zu ermöglichen. Lokale vegetativen Vermehrungsmethoden zur Erzeugung von Pflanzmaterial werden an ausgewählten Bananen- und Kochbananen-Sorten im tropischen Süden Ghanas untersucht und mit modernen Methoden wie Anwendung von Wachstumsregulatoren (z.B. 6-Benzylaminopurin), Verwendung natürlicher Pflanzenextrakte mit Phytohormoneffekten (z.B. Kokos) und mechanischer Behandlung zur Achselsprossproduktion (Meristem-Manipulation) kombiniert. Erschwingliche Verfahren werden entwickelt und getestet, um aseptische Arbeitsbedingungen zu schaffen und die Krankheitsübertragung zu reduzieren (Einsatz von Druck-Dampfgarern anstelle von High-Tech-Autoklaven, Bau von einfachen sterilen Werkbänken, etc.). Phytohormonanalysen (Radio-Immuno-Assay) und Genexpressionen (RT-PCR) erlauben, die Effekte der Behandlungen zu beurteilen und die Methoden zu verbessern.
Die Kartoffel ist mit einer Erntemenge von mehr als 380 Mio t das drittwichtigste Grundnahrungsmittel der Welt. Die Kartoffel hat aber auch eine wichtige Bedeutung für die Stärke- und chemische Industrie. Trotz der großen Bedeutung wurde für quantitative Merkmale, wie beispielsweise Knollenertrag, in der Vergangenheit lediglich ein niedriger Zuchtfortschritt realisiert. Dies wird insbesondere deutlich, wenn der in Kartoffel realisierte Zuchtfortschritt mit demjenigen in Mais, Weizen und Reis verglichen wird. Die Gründe hierfür sind, dass Kartoffelzüchter während des Züchtungsprozesses eine sehr große Zahl an Merkmalen berücksichtigen müssen. Durch die Autotetraploidie der Kartoffel ergeben sich außerdem komplexen Dominanzsituationen in hochgradig heterozygotem genetischen Material. Darüber hinaus spielt der geringe Vermehrungskoeffizient eine wichtige Rolle. Moderne Methoden der prädiktiven Züchtung lassen einen höheren Zuchtfortschritt in quantitativ vererbten Merkmalen, wie beispielsweise Stärkeertrag, erwarten. Zur Nutzung der prädiktiven Züchtung sind jedoch die Entwicklung von genomischen Ressourcen sowie zuchtmethodische Betrachtungen zum optimierten Einsatz der neuen Methoden unabdingbar. Aktuelles Züchtungsmaterial aus den Stärkekartoffelzüchtungsprogrammen der drei beteiligten Unternehmen wird in insgesamt zwölf Feldversuchsumwelten geprüft und bildet die Basis für die Schätzung von quantitativ-genetischen Parametern, die in die Modellrechnungen einfließen. Ein Teil dieses Züchtungsmaterials wird außerdem zusammen mit historisch wichtigen europäischen Kartoffelsorten resequenziert und dient damit der Identifizierung von Sequenzpolymorphismen, die zur Entwicklung des SNP-Arrays benötigt werden. Zu Projektende werden den deutschen Kartoffelzüchtern damit essentielle Werkzeuge zum Einsatz in der prädiktiven Züchtung zur Verfügung stehen.