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Possible effects of transgenic plants on soil organisms

Soil is the first component of the environment that can be effected by GM plants, because they do not only consume the nutritive substances from the soil, but also release there different compounds during a growing period, and leave in the soil their remains. If the plants are modified to increase their resistance to plant pathogens, particularly bacteria, they can also affect the other microorganisms important for plant development. Also there are no considerable data about possible effect of GM plants on soil organic matter and chemical processes in soil. For the experiment it is planned to use transgenic potato plants (Solanum tuberosum L. cv. Desiree) expressing a chimerical gene for T4 lysozyme for protection against bacterial infections; - obtaining and short-term growing of GM plants in laboratory conditions; - extraction and collection of root exudates and microbial metabolites from rhizosphere; - analysis of these exudates by Pyrolysis-Field Ionisation Mass Spectrometry (Py-FIMS) in comparison with the exudates of wild-type plants and transgenic controls not harbouring the lysozyme gene, and with dissolved organic matter from non-cropped soil; - creation of 'fingerprints' for each new transgenic line in combination with certain soil on the basis of marker signals. Expected impacts: - New highly cost-effective express testing system for the risk assessment of genetically modified plants at the earliest stages of their introduction; - The conclusion about safety/danger of GM plants for the soil ecosystems; - Model for prediction of possible risk caused by GM plants.

Nachweis von Resistenztypen und Resistenzverhalten gegenüber dem Scharka-Virus (plum pox potyvirus, PPV) im Pflaumensortiment Dresden-Pillnitz des IPK Gatersleben

Die Scharka-Krankheit, verursacht durch das Scharka-Virus der Pflaume (plum pox potyvirus, PPV), zählt gegenwärtig in Europa zu den wirtschaftlich wichtigsten Viruskrankheiten des Steinobstes. Die effektivste und zugleich umweltschonendste Gegenmaßnahme stellt der Anbau resistenter Sorten dar. Der Züchtung müssen dazu Genotypen mit bekannten Resistenzeigenschaften zur Verfügung gestellt werden. Literaturangaben und eigenen Erkenntnissen zufolge wird die Resistenz in Abhängigkeit vom Virusstamm und von der Umwelt ausgeprägt. Deshalb sollte es sich um genetisch unterschiedliches Zuchtmaterial handeln, das außerdem für die hiesigen Anbaubedingungen geeignet ist. Das Pflaumensortiment der Genbank Obst Dresden-Pillnitz des IPK Gatersleben erscheint für vergleichende Resistenzprüfungen besonders geeignet, da einheitliche Infektions- und Standortverhältnisse vorliegen. Insgesamt umfaßt es 242 Akzessionen (unterschiedliche Sorten z.T. verschiedener Herkünfte, einige Auslesen bzw. Zuchtklone). In Voruntersuchungen zeigte sich bereits ein differenziertes Verhalten gegenüber dem Scharka-Virus. Im Rahmen des geplanten Vorhabens ist vorgesehen, die nach Durchführung von Freilandbonituren und anschließender serologischer Testung als befallsfrei oder schwach befallen hervorgegangenen Genotypen mit Hilfe eines Gewächshaustestes (KEGLER et al., 1994) zu überprüfen. Die Reaktion handveredelter, getopfter Gewächshauspflanzen gestattet die frühzeitige Aussage zur PPV-Resistenz und gibt gleichzeitig einen Hinweis zum wahrscheinlichen Verhalten der Genotypen im Freiland im Falle eines hohen natürlichen Infektionsdruckes. Mit ausgewählten Genotypen folgen weitere Untersuchungen im Gewächshaus und Freiland unter Verwendung serologischer Methoden (ELISA, TPIB) und der PCR, um Kenntnisse zur Virusverteilung im Gehölz zu gewinnen. Hinzu kommt die Testung interessanter Exemplare mit verschiedenen, molekularbiologisch definierten Virusisolaten und unterschiedlichen Methoden der Virusübertragung. In Einzelfällen sind die Eltern resistenter Genotypen zu ermitteln und diese ebenfalls einer Testung zu unterziehen. Letzteres könnte Aussagen zur Vererbung der Scharka-Resistenz liefern. Die zusätzliche Ermittlung der Vektorresistenz gestattet eine umfassende Charakterisierung des Resistenzverhaltens von Pflaumengenotypen sowie die Ableitung züchterischer und anbauseitiger Empfehlungen.

Die Rolle von NO in der Signaltransduktion bei pflanzlichen Abwehrreaktionen

Pflanzen verfügen über vielfältige Mechanismen zum Schutz vor Pathogenbefall oder Umweltstress. Dabei weisen pflanzliche Abwehrsysteme Ähnlichkeiten zum angeborenen Immunsytem von Säugern auf, bei dem Stickoxid (NO) eine Schlüsselrolle spielt. Auch in Pflanzen finden sich wichtige Komponenten der durch NO induzierten Signalübertragung. NO aktiviert Abwehrgene und ist beteiligt an programmiertem Zelltod und an der Abwehr von Pathogenen. Das vorgeschlagene Projekt hat zum Ziel, die Signalübertragung durch NO in Tabak und Arabidopsis zu erforschen und die Rolle von NO bei der Abwehr von Pathogenen zu klären. (1) Ein Schwerpunkt soll in der Aufklärung der Signalübertragung durch NO und der Aktivierung von Abwehrgenen liegen. Es soll geklärt werden, ob NO als mobiles Signal dient, und ob andere Signalmoleküle (z.B. Salicylsäure) in die NO-Signalübertragung integriert sind. (2) Um die Bedeutung von NO für die Regulation von Abwehrmechanismen zu klären, sollen Expressionsprofil und Expressionsdynamik von NO-induzierten Genen durch DNA-ChipTechnologie analysiert werden. Diese neuartige Technik wird auch Aufschluss über eine etwaige Vernetzung der NO-Signalübertragung mit pflanzlichen Hormonsystemen liefern. Die Erforschung der Signalübertragung durch NO in Pflanzen kann unser Verständnis von Resistenzmechanismen vertiefen und zur Entwicklung pathogen-resistenter Pflanzen beitragen.

Experimentelle Anwendung und Erweiterung von Werkzeugen zur prädiktiven Züchtung in Kartoffel, Teilvorhaben 4: Materialentwicklung, Feldversuchsdurchführung und Implementierung sensorgestützter Phänotypisierungsmethoden (BNA)

Kartoffelstärke kann sehr vielseitig eingesetzt werden und ist ein wichtiger Baustein der Nationalen Bioökonomie-Strategie Deutschlands. Im Vergleich zu überwiegend monogen vererbten Merkmalen wie manchen Krankheitsresistenzen sind quantitative Merkmale wie der Knollen- oder Stärkeertrag züchterisch schwieriger zu bearbeiten. Autotetraploidie, geringer Vermehrungskoeffizient und eine Vielzahl relevanter Selektionsmerkmale mindern den Zuchtfortschritt in quantitativen Merkmalen bei Kartoffeln zusätzlich. Verfahren der prädiktiven Züchtung wie genomische Selektion versprechen daher einen großen Nutzen in der Kartoffelzüchtung. In der vorausgegangenen Projektphase (PotatoTools) wurden genomische und statistische Werkzeuge zur prädiktiven Stärkekartoffelzüchtung aber auch erste Vorhersagemodelle entwickelt. Das Hauptziel des vorliegenden Vorhabens ist es nun, unter Nutzung der bereits entwickelten genomischen Ressourcen wesentliche Fragen zum Einsatz prädiktiver Verfahren in der Kartoffelzüchtung zu beantworten. Im Detail planen wir die (i) Erhöhung der Repräsentativität des Sets an strukturellen Genomvarianten durch Erweiterung des Resequenzierungspanels, (ii) Abschätzung der Genauigkeit der Leistungsvorhersage über Materialgruppen unterschiedlichen Verwandtschaftsgrads hinweg sowie der Genauigkeit der Vorhersage von Populationsmittel und Spaltungsvarianz, (iii) Evaluation der Vorhersagegenauigkeit von spektroskopisch erfassten Prädiktoren vgl. zu molekulargenetischen Prädiktoren und (iv) Optimierung von Kartoffelzüchtungsprogrammen hinsichtlich des genutzten Züchtungsschemas und der idealen Balance zwischen kurz- und langfristigem Selektionsgewinn. Mit dem in diesem Projekt gewonnen Wissen wird die prädiktive Züchtung für quantitativ vererbte Merkmale der Kartoffel weiter verbessert sowie für den routinemäßigen Einsatz vorbereitet werden.

Transkriptionelle und metabolische Muster der Gerste für basale Krankheitsresistenz und -anfälligkeit gegenüber Mehltau (B08)

Wir möchten grundlegende Mechanismen der quantitativen Resistenz und Anfälligkeit gegen den Echten Gerstenmehltau aufklären. Wir werden die Daten aus unseren vorläufigen und geplanten Transkriptomanalysen nutzen, um die Funktion von Genen zu analysieren, die in Elternpflanzen und RACB-transgenen Pflanzen mit entweder erhöhter oder erniedrigter Anfälligkeit differenziell experimiert sind. Die Modifikation der Zellwand und der Zellzyklus stehen dabei bereits jetzt im Fokus unseres Interesses. Um ein tiefgehendes Verständnis der Transkriptionsmuster zu erlangen, nutzen wir Ansätze der reversen Genetik, Metabolismusstudien und Zellbiologie in unterschiedlichen Gerstengenotypen.

Systemisch-Aktivierte-Resistenz bei Getreiden

Aufklaerung und zukuenftige Nutzung von Resistenzmechanismen des Getreides gegenueber phytopathogenen Erregern. Isolierung und Charakterisierung neuer Gene der Gerste mit Hilfe von molekularbiologischen und cytologischen Methoden (siehe http://www.uni-giessen.de/ipaz).

Nutzung quantitativer Resistenz gegen die Weißstängeligkeit (Sclerotinia sclerotiorum) für die Entwicklung von Winterrapshybriden

Das Forschungsprojekt NORAH wird von der NPZ Innovation GmbH (NPZi) und der Abteilung für Molekulare Phytopathologie und Biotechnologie der Universität Kiel mit dem Ziel beantragt, die technischen und wissenschaftlichen Voraussetzungen für die Züchtung von Rapssorten mit hoher Resistenz gegen die Weißstängeligkeit (zu schaffen. Die Krankheit wird durch Sclerotinia sclerotiorum verursacht und die NPZi verfügt über Rapslinien mit hoher quantitativer Resistenz gegen diesen Schadpilz. Diese Resistenz wurde über Biotests in nicht-adaptierten Linien identifiziert und durch Kreuzung kombiniert. Über die physiologische Ursache dieser Resistenz und deren genetische Veranlagung ist nichts bekannt und soll im Rahmen des NORAH-Projektes erforscht werden. Darüber hinaus wird untersucht, welches Potential die Heterosis von F1-Hybriden für die Verbesserung der Sclerotinia-Resistenz besitzt.

Epigenetisches Editieren von Immunitätsgenen zur Verbesserung der Krank-heitsresistenz gegen Pilzpathogene am Beispiel der Gerste (Hordeum vulgare)

Die systemisch erworbene Resistenz bei Pflanzen - ein - omics Ansatz zur Pathogenantwort

Ziel dieses Projekts ist es, Signalkomponenten der systemisch erworbenen Resistenz (SAR) in Arabidopsis thaliana und einer Mutante, eds1, welche nicht mehr in der Lage ist, SAR Signale zu produzieren oder zu transportieren, zu identifizieren. EDS1 abhängige Peptide, Lipide und polare niedermolekulare Stoffe werden mit massenspektrometrischen Methoden identifiziert. Danach wird in verschiedenen (Nutz)Pflanzen untersucht, ob die so identifizierten möglichen SAR Komponenten Resistenz gegen Krankheitserreger auslösen. Des Weiteren wird der Einfluss von SAR Signalen auf Prozesse wie z.B. Trockenresistenz untersucht.

Untersuchungen zur züchterischen Verbesserung der Standfestigkeit bei Dinkel

Dinkel zeichnet sich ursprünglich durch einen langen Halm aus, was häufig zu hoher Lageranfälligkeit führte. Der Dinkelanbau wird im Wesentlichen im ökologischen Landbau betrieben, wo der Einsatz von Wachstumsreglern untersagt ist. So ist in der Dinkelzüchtung die Verbesserung der Standfestigkeit das vorrangige Zuchtziel. Die Standfestigkeit lässt sich einerseits durch Einlagerung von rht-(Zwerg-)Genen aus dem Weichweizenbereich verbessern. Die entstehenden kurzstrohigen und stabilen Linien sind jedoch durch höhere Krankheitsanfälligkeit sowie unerwünschte morphologische und qualitative Weizencharakteristica gekennzeichnet. Bei der Evaluierung umfangreicher Genbanksortimente andrerseits wurden standfeste dinkeltypische Genotypen mit längerem Stroh gefunden diese entsprachen jedoch nicht den Ertragserwartungen. Die bisher in umfangreichen Rückkreuzungsprogrammen entwickelten Zuchtstämme kommen dem Zuchtziel eines längeren und standfesten Halms mit typischem Dinkelcharakter näher, jedoch sind Krankheitsresistenz und Ertragspotential noch zu verbessern. Aus dem Programm wurden in Deutschland die Sorten CERALIO und SCHWABENSPELZ zugelassen.

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