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.
Plant sterols, also called phytosterols, comprise a group of plant steroidal compounds. They are of interest because they play a crucial role in plant growth and development and as part of the human diet they are known for their blood cholesterol-lowering effects. High phytosterol contents occur in seeds of oilseed crops, the relevance of which remains hitherto unknown. In contrast to Arabidopsis nothing is know about the genes governing phytosterol content in Brassica species. In previous work, a large genetic. variation for phytosterol content has been found among German winter oilseed rape (Brassica napus) cultivars. So far no information is available on total phytosterol contents or individual components in Indian mustard B. juncea. Suitable segregating doubled haploid populations of B. napus, and of B. juncea have already been developed and will be used in the present project to map QTL for individual and total seed phytosterol content as well as for other seed quality traits. Key candidate genes of the phytosterol biosynthetic pathway with known sequences from Arabidopsis will be sequenced from the progenitor species Brassica rapa, Brassica nigra and Brassica oleracea to develop locus specific PCR primers. Those locus specific primers will be used to sequence the pertinent alleles in the respective amphidiploid species B. napus and B. juncea. Allelic sequence differences between the parents of the doubled haploid populations will be used to map the candidate genes. Results will reveal if positions of candidate genes overlap with those of QTL for phytosterol content and if genetic variation in phytosterol content is related to variation in other seed quality traits.
Die Euglenida sind einzellige Flagellaten mit großer Heterogenität. Die Entstehung der phototrohen Euglenida durch eine sekundäre Endocytobiose ist ein beeindruckendes Beispiel für retikulare Evolution. Eine Besonderheit der plastidären Genome von Euglena gracilis und Euglena longa ist der hohe Anteil an Introns der Gruppen II und III. Da Intronerwerb und -verlust seltene evolutionäre Ereignisse sind, eignen sich Intronsequenzen als molekulare Marker, um die Phylogenese zu rekonstruieren. Hier werden Introns von verschiedenen Genen der Plastiden auf ihre Verteilung innerhalb der phototrophen Euglenida untersucht.
Mikrosporenembryogenese und doppelhaploide (DH) Linien spielen heute eine große Rolle in der praktischen Züchtung, vor allem aber in der Forschung. Andererseits ist wenig über die genetischen Mechanismen bekannt, die die verschiedenen limitierenden Schritte in der Herstellung von DH-Linien - embryogenes Potential, Diploidisierungsrate und die Rate der 'Direkten Embryo- Pflanze Konversion' - kontrollieren. Aufbauend auf der Beobachtung, dass sich unterschiedliche Genotypen von Raps stark in der Effizienz der Herstellung von DH-Linien unterscheiden sollen daher in dem vorgeschlagenen Vorhaben mit Raps als Modellobjekt genetische Faktoren kartiert werden, die diese Schritte kontrollieren. Dazu sollen zunächst mit Hilfe von AFLP-Markern Genomregionen mit gestörten Spaltungen in aus Mikrosporen entwickelten spaltenden Populationen, die verschiedene Stadien der DH-Entwicklung repräsentieren und einen bzw. mehrere der o.g. limitierenden Schritte durchlaufen haben, bestimmt werden. Die Effekte dieser Regionen auf die verschiedenen limitierenden Schritte sollen anschließend in geeigneten intervarietalen Substitutionslinien verifiziert werden. Darüber hinaus sollen die Positionen der kartierten Faktoren mit der Lage von Kandidatengenen für die Mikrosporenembryogenese im Rapsgenom verglichen werden um Genloci zu identifizieren, die ursächlich mit dem embryogenen Potential zu tun haben. Dazu sollen die verschiedenen Loci der Kandidatengene aus dem polyploiden Rapsgenom amplifiziert und sequenziert werden. Aufbauend auf den Sequenzen werden dann Marker entwickelt und die Loci kartiert.
Die evolutionäre Reduktion der Mikrosporangienzahl von vier auf zwei in den Antheren von drei Arten der Gattung Microseris läßt sich bei Artkreuzungen genetisch analysieren. In einer Kreuzung haben wir ein Hauptgen und vier modifizierende Gene als Quantitative Trait Loci kartiert. Um die Evolution des Systems weiter verfolgen zu können, müssen die Gene selbst oder sehr eng gekoppelt molekulare Marker gefunden werden. In einer entsprechenden rekombinanten Inzuchtlinie soll das Hauptgen feinkartiert werden und ein Restriktionsfragment mit dem Hauptgen soll kloniert werden.
Das Zentrale Wissenschaftliche Serviceprojekt ist darauf ausgelegt, den wissenschaftlichen Projekten des Sonderforschungsbereichs durch die Bereitstellung von Basisdaten Hilfestellung zu leisten. So liefert das Projekt klimatologische Daten sowie Biodiversitäts-Daten arborikoler Arthropodengemeinschaften von allen Sonderforschungsbereichen Kern-Untersuchungsflächen. Zudem wird ein Barcoding-System für arborikole Arthropoden und für die häufigsten vaskulären Pflanzen im Untersuchungsgebiet entwickelt. Außerdem dient es als Anlaufstelle für Convention of Biodiversity (CBD) relevante Themen, z.B. in Bezug auf Umgang mit biologischen Proben und im Rahmen von Access-and-Benefit-Sharing Maßnahmen. Das Projekt trägt zudem wesentlich zur Auswahl, Etablierung und Pflege von Sonderforschungsbereichs Untersuchungsflächen bei.
Dieses Projekt hat zum Ziel, die Mechanismen der Resistenz gegen den Echten Mehltau (E. necator) aufzuklären, die am Haupt-QTL Locus Ren3 auf Chromosom 15 von Regent kodiert sind.Zur Sequenzanalyse des Locus müssen vorhandene genomische Teilsequenzen aus der Region weiter assembliert werden. Die resultierenden Contigs sind durch PCR Verfahren zu überprüfen. Das Schließen noch bestehender Lücken durch long range PCR ist anzustreben. Bioinformatorische Analysen (Ermittlung kodierender Bereiche, Datenbankabgleiche) werden in den Sequenzen positionelle Kandidatengene für die Resistenz identifizieren. Diese Kandidatengene werden auf ihre funktionelle Bedeutung hin untersucht. Dazu dienen Genexpressionsanalysen an resistenten und anfälligen Reben im Zusammenhang mit mikroskopischen Beobachtungen der Wirt/Pathogeninteraktion in frühen Stadien der pflanzlichen Abwehr.Vergleichende Diversitätsstudien der Kandidatengene an einem umfangreichen Probensatz resistenter und anfälliger Reben werden Sequenzvarianten und Einzelnukleotidaustausche (single nucleotide polymorphisms, SNPs) aufzeigen. Diese werden durch QTL Analyse und Assoziationsgenetik auf ihre Korrelation mit der Resistenzausprägung hin untersucht, womit zusätzliche Hinweise auf ihre funktionelle Bedeutung erhalten werden. Letztendlich ist ein Modell der erfolgreichen Abwehr bei Regent zu entwickeln. Wichtige Kandidatengene aus diesen Arbeiten sind durch Transformation in anfällige Rebsorten einzuführen und schließlich durch Test der transgenen Reben in ihrer Funktion zu validieren.Mit diesem Projekt und der Erarbeitung der Resistenzmechanismen wird eine Grundlage zur verbesserten züchterischen Nutzung der Resistenzloci in der Kombinationszüchtung für pyramidisierte, nachhaltige Resistenz geschaffen. Eng Merkmals-korrelierende (SNP) Marker werden erarbeitet, die in der Marker-gestützten Züchtung im Hochdurchsatz angewandt werden können.
Symbiontische N2-Fixierung von Leguminosen und Rhizobiumbakterien in spezifischen Organen der Pflanze (Wurzelknöllchen) stellt einen wirtschaftlich und ökologisch bedeutsamen Beitrag zur N-Ernährung von Leguminosen dar. Die Bedeutung von Leguminosen für die menschliche und tierische Ernährung wird auf nationaler und internationaler Ebene wachsen. Symbiontische N2-Fixierung ist für die Pflanze mit erheblichen Energieaufwendungen verbunden und kann im Gegenzug den überwiegenden Teil der N-Ernährung der Leguminose realisieren. Diese für die Pflanze enormen Stoffumsätze bestimmten wesentlich ihre Produktivität. Die N2-Fixierung ist über gut koordinierte längerfristige (Knöllchenansatz, Knöllchenseneszenz) und kurzfristige Mechanismen (Limitierung der Bildung organischer Säuren, N-Feedbackmechanismus) dem N-Bedarf der Sprosse der Leguminosen angepasst. Das vorliegende Projekt verfolgt das Ziel, einen Beitrag zu einem umfassenden physiologischen und molekularbiologischen Bild der Regulationsmechanismen der N2-Fixierung auf Ganzpflanzenebene zu erbringen, um Ansatzpunkte für eine verbesserte Effizienz dieses Vorgangs zu finden. Hierzu werden auf Basis umfangreicher experimenteller Erfahrung über die längerfristige Manipulation der Atmosphäre um die Wurzeln und/oder um die Sprosse einerseits und durch die Manipulation der Phloemzusammensetzung (N-Feedbackmechanismus) andererseits unterschiedliche 'Regulationszustände' der Knöllchen eingestellt. Diese Pflanzen werden dann einer vergleichenden Transkriptomanalyse auf der Basis von Genchips unterzogen. Identifizierte 'Schlüsselgene' der Knöllcheneffizienz sollen anschließend überexprimiert und die Reaktion der Symbiose verfolgt werden. Die Arbeiten sind an der Modellleguminose Medicago truncatula geplant.
Heterosis, oder Hybridleistung, ist ein wichtiger Mechanismus für die Verbesserung des Ernteertrags fremdbefruchtender Ackerfrüchte. Bei Raps (Brassica napus L.) stellen Hybriden heute weltweit den Hauptmarktanteil für Saatgut. Im Gegensatz zu anderen wichtigen Hybridfrüchten, wie zum Beispiel Mais, zeigt Raps jedoch nur vergleichsweise geringe Heterosiseffekte für Ertrag. Die Rapszüchtungsindustrie hat daher ein grosses Interesse an einer Optimierung der Heterosis für die Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Hybriden. Basierend auf früheren Beobachtungen liegt diesem Projekt die Hypothese zugrunde, dass Heterosis von Entwicklung und Ertrag durch allgemeine regulatorische Faktoren beeinflusst ist. Spezifische Allelkombinationen dieser Faktoren, zusammen mit den durch sie vermittelten Metaboliten- und Genexpressionsprofilen, sind daher mit einer verstärkten Heterosis assoziiert. Ziel dieses Projektes ist, Omics-basierte Modelle zu entwickeln, die eine Vorhersage der Heterosis des Samenertrags in Raps-Elitehybriden ermöglichen. Die Entwicklung und Validierung solcher Modelle zur Vorhersage der Hybridleistung beinhaltet den Vergleich von DNA-Sequenzen und Metaboliten- sowie Transkriptomdaten aus einem großen Set von Elite-Elternlinien mit umfangreichen phänotypischen Entwicklungsdaten und Ertragsbonituren der F1-Nachkommenschaft unter Freilandbedingungen. Für die Genotypisierung mittels genomweiter single-nucleotide polymorphism (SNPs) Marker wird das neue B. napus 60k-SNP Infinium Array genutzt. Mittels neuester Methoden zur mRNA-Sequenzierung, Massenspektrometrie und Hochdurchsatz-Phänotypisierung werden darüber hinaus auch Daten zum Transkriptom, Metabolom und Phänotyp erhoben. So soll ein Omic-Selektionsprofil erstellt werden, das in Kombination mit entsprechenden analytischen und statistischen Methoden den Züchtungsprozess beschleunigen und den Selektionserfolg verbessern kann, indem Elternlinien mit dem höchstem Potential für die Erzeugung von neuen Hochleistungshybriden bereits zu einem frühen Zeitpunkt vorausgewählt werden können. Die Identifizierung von geeigneten genomischen, transkriptomischen oder metabolomischen Indikatoren zur Vorhersage der Heterosis wird darüberhinaus zu einem besseren Verständnis der molekularen Prozesse und Mechanismen beitragen, die an der Ausprägung der Heterosis in Raps beteiligt sind. In Zusammenarbeit mit zwei führenden deutschen Herstellern für Raps-Hybridsorten (Norddeutsche Pflanzenzucht Hans-Georg Lembke KG and Deutsche Saatveredelung AG) werden wir unsere Grundlagenforschung zu einem ebenso fundamental wichtigen wie auch wertschöpfenden Prozess der Pflanzenzüchtung in ein System zur Verbesserung der Hybridzüchtung mit starkem kommerziellen Potential einbringen.
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