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Molecular determinants of host specificity of maize-, rice- and mango-pathogenic species of the genus Fusarium

Fusarium species of the Gibberella fujikuroi species complex cause serious diseases on different crops such as rice, wheat and maize. An important group of plant pathogens is the Gibberella fujikuroi species complex (GFC) of closely related Fusarium species which are associated with specific hosts; F. verticillioides and F. proliferatum are particularly associated with maize where they can cause serious ear-, root-, and stalk rot diseases. Two other closely related species of the GFC, F. mangiferae and F. fujikuroi, which share about 90Prozent sequence identity with F. verticillioides, are pathogens on mango and rice, respectively. All of these species produce a broad spectrum of secondary metabolites such as phytohormones (gibberellins, auxins, and cytokinins), and harmful mycotoxins, such as fumonisin, fusarin C, or fusaric acid in large quantities. However, the spectrum of those mycotoxins might differ between closely related species suggesting that secondary metabolites might be determinants for host specificity. In this project, we will study the potential impact of secondary metabolites (i.e. phytohormones and certain mycotoxins) and some other species-specific factors (e.g. species-specific transcription factors) on host specificity. The recently sequenced genomes of F. mangiferae and F. fujikuroi by our groups and the planned sequencing of F. proliferatum will help to identify such determinants by genetic manipulation of the appropriate metabolic pathway(s).

Untersuchung zur in vivo-Wirkung von Zearalenon auf funktionelle Parameter ovarieller, Eileiter- und endometrialer Zellen beim Schwein

Mykotoxine sind Metaboliten des Sekundärstoffwechsels mikroskopisch kleiner Pilze, vor allem der Gattung Aspergillus, Penicillium und Fusarium. In bestimmten Konzentrationen wirken sie toxisch für Mensch, Tier und Pflanze. Die als Feldpilze bekannten Fusarien bilden Mykotoxine (Trichothezen und Zearalenon) zum Teil schon während der Wachstums- und Reifungsphase des heimischen Futtergetreides und beim Mais. Trichothezen (Deoxynivalenol, DNO) übt eine zytotoxische Wirkung aus, indem es die Protein- und DNA-Synthese hemmt. Aufgrund seiner hohen Zytotxizität greift die Substanz an verschiedenen Systemen des Körpers ein, so dass infolge einer Abwehrschwäche Fruchtbarkeitsstörungen (Unfruchtbarkeit, Umrauschen), Aborte, Totgeburten und mimifizierte Früchtte sowie Uterusatrophie bei Sauen insbesondere bei Jungsauen aufgetreten sind. Im Gegensatz dazu sind die Zearalenone nicht toxisch. Ihre Aktivität im Tier besteht in einer östrogenen Wirkung, die zu Veränderungen an den Fortpflanzungsorganen und zu Fruchtbarkeitsstörungen beim Schwein führen. Ein Einfluss von Mykotoxin auf die Fruchtbarkeit wurde bisher weitgehend nach Fütterung von mykotoxin-haltigen Futtermitteln beobachtet. Grundlagenerkenntnisse über direkte negative Einflüsse von Mykotoxinen auf die Fruchtbarkeit können mit Hilfe von Untersuchungen mittels In-vitro-Kultivierung von Eizellen und Embryonen, ovariellen und uterinen Zellen gewonnen werden. Die physiologische Aktivität der genannten Zelltypen des weiblichen Reproduktionstraktes kann über funktionelle Tests gemessen werden, die ihrerseits darüber Auskunft geben, in welchem Maße die Leistungen dieser Zellen bzw. Embryonen störanfällig gegenüber Zearalenon und Trichothezen sind.

Detoxification von Mykotoxinen in Hefe - Phase II

Pflanzenpathogene Pilze der Gattung Fusarium verursachen agronomisch bedeutende Krankheiten auf Getreide. Zusätzlich zur Ertragsminderung kommt es dabei zur Kontamination des Erntegutes mit Mykotoxinen. Für die wichtigsten Fusarium-Toxine, das als Proteinbiosynthese-Inhibitor wirkende Deoxynivalenol (DON) und das stark östrogen wirksame Zearalenon (ZON), sind nun nach toxikologischer Evaluierung EU-weite gesetzliche Maximalwerte in Vorbereitung. Die im Feld vom Pilz gebildeten Metaboliten stellen eine Gesundheitsgefährdung für Tier und Mensch dar. Allerdings sind pflanzliche und tierische Zellen (und wahrscheinlich der toxinproduzierende Pilz selbst) in gewissem Ausmaß imstande, die Mykotoxine in ungiftige Konjugate überzuführen. In diesem Projekt sollen die beteiligten Entgiftungsenzyme, die UDP-Glucuronosyl-transferasen (UGT) und Sulfotransferasen (SULT) charakterisiert, sowie die gebildeten Mykotoxin-Konjugate mittels instrumenteller Analysenverfahren untersucht werden. Ziel des Projektes ist es, Bäckerhefe genetisch so zu verändern, dass die Detoxifikationsaktivität von exprimierten UGT- oder SULT-Kandidatengenen phänotypisch beobachtet werden kann, entweder in Form von Wachstum auf gifthältigem Medium, oder mithilfe von geeigneten östrogen-regulierten Reportergenen. Da die Säuger-UGTs im Lumen des endoplasmatischen Retikulums lokalisiert sind und Hefe das Ko-Substrat UDP-Glucuronsäure (UDP-GlcUA) nicht bilden kann, muss allerdings zuerst die Fähigkeit zur Biosynthese von UDP-GlcUA und möglicherweise auch jene zum effizienten Transmembran-Transport bereitgestellt werden. Derartige Stämme und solche, die das Sulfotransferase-Kosubstrat PAPS ('aktives Sulfat') effizient bereitstellen, sollen als Wirtszellen für die funktionelle Expression von humanen bzw. tierischen UGTs, sowie von tierischen und pflanzlichen SULTs dienen. Auch im Genom von Fusarium graminearum identifizierte UGT bzw. SULT-Gene sollen getestet werden. Neben der funktionellen Charakterisierung von heterologen UGT und SULT Genen soll auch getestet werden, ob sich endie hergestellten Hefestämme als Bioreaktoren zur Herstellung von Mykotoxinkonjugaten verwendet werdeneignen. Diese sind als Referenzsubstanzen für die Entwicklung von Analysenmethoden wichtig. Wenn es gelingt, die fremden Entgiftungsenzyme funktionell in Hefe zu rekonstituieren, hätte dies Bedeutung weit über den Aspekt der Mykotoxine hinaus. Ein Satz von Hefestämmen, die jeweils nur ein Detoxifikationsgen exprimieren, wäre generell für das Studium des Metabolismus von Medikamenten und anderen Substanzen sehr nützlich.

Vorkommen von Schadstoffen (Schwermetalle, Pilztoxine, Insektizidrueckstaende etc.) in Futtermitteln

Die Untersuchungen sollen dazu dienen, sichere Angaben ueber die in verschiedenen Futtermitteln vorkommenden Gehalte an Schadstoffen (Insektizidrueckstaende, Blei, Cadmium, Selen, Arsen, Fluor, Pilztoxine etc.) zu erhalten mit dem Ziel, Gefahrenquellen fuer die tierische Gesundheit und die Nahrungsmittelproduktion zu erkennen. Zu diesem Zweck wird eine grosse Anzahl der bei uns durchlaufenden Futtermittelproben gezielt auf die oben genannten Stoffe untersucht, die Untersuchungen erstrecken sich dabei sowohl auf Handelsfuttermittel als auch auf wirtschaftseigene Futtermittel.

Optimierung einer zuverlässigen Methodik zur Bewertung der genetischen Bestimmtheit und Differenzierung der Anfälligkeit gegenüber Kolbenfusariose im Sortiment von Mais in Österreich

Im Rahmen des GEOTEC-Projektes der BGR sollen mit Hilfe von komplexen Fernerkundungsmethoden bruch- und senkungsgefährdete Bereiche im Raum Staßfurt, Schacht VI, Schacht VII erkannt werden. Die positiven FuE-Ergebnisse bedingen zielgerichtet eine Fortführung der bisherigen methodischen Ansätze mit der Maßgabe der Entwicklung eines fernerkundungsgestützen operationellen Systems zur Früherkennung von aus dem Bergbau/Altbergbau resultierenden Gefahrenmomenten. Mit Hilfe von hochauflösenden Satelliten- und Flugzeugdaten soll im Rahmen des Vorhabens ein anwendungsfähiges und industrienahes Fernerkundungsmonitoringsystem zur Untersuchung von Subrosionserscheinungen und Destabilisierungsvorgängen, die die Tagesoberfläche beeinflussen und ggf. das Gemeinwohl gefährden, im Bereich des Altbergbaus geschaffen werden. Die Erarbeitung, Erprobung und Bereitstellung eines operationellen Systems der Satelliten- und Flugzeugfernerkundung erfolgt beispielhaft für ausgewählte Kali- und Salzbergbaufelder des Staßfurter Sattels mit der Zielstellung der Früherkennung und Überwachung von Bruch- und Senkungsrisiken.

Fusariumresistenz in Kurzstrohweizen

Ährenfusariose des Weizens, verursacht durch Pilze der Gattung Fusarium, ist eine bedeutende Krankheit von Weizen und anderen Getreidearten in vielen Getreideanbaugebieten der Welt. Der Befall mit Ährenfusariose führt neben Ertrags- und Qualitätseinbußen zur Verunreinigung des Erntegutes mit Pilzgiften, den sogenannten Mykotoxinen. Der Anbau resistenter Sorten spielt eine Schlüsselrolle in der integrierten Bekämpfung der Krankheit. Die Vererbung der Ährenfusariose-Resistenz, wird von mehreren quantitativ wirkenden Genen gesteuert. Das Ausmaß des Krankheitsbefalles wird überdies von den Umweltbedingungen beeinflusst. Die Züchtung von Weizensorten mit verbesserter Fusariumresistenz ist daher aufwändig. Aktuelle Ergebnisse zeigten, dass das in der Weizenzüchtung sehr häufig benutzte Halmverkürzungsgen Rht-D1b mit einer signifikant erhöhten Anfälligkeit gegenüber Ährenfusariose assoziiert ist. Es ist allerdings unbekannt ob diese Assoziation durch einen pleiotropen Effekt des Kurzstroh-Alleles selbst oder durch ein mit Rht-D1b eng gekoppeltes 'Anfälligkeits-Allel' eines anderen Gens bedingt ist. Die Klärung dieser Frage ist für die Planung der Weizenzüchtung von essentieller Bedeutung. In diesem Projekt werden wir daher das Allel Rht-D1b in Weizen transformieren und das transformierte Gen in fusariumresistente Linien durch Rückkreuzung überführen. Die so hergestellten Experimentallinien werden in der Folge auf Pflanzenlänge und auf Fusariumresistenz überprüft. Wenn die Weizenlinien mit dem transformierten Rht-D1b Allel eine signifikant erhöhte Anfälligkeit für Ährenfusariose aufweisen werden, dann wäre der pleiotrope Effekt dieses Allels erwiesen. Wenn mit dem transformierten Rht-D1b Allel keine erhöhte Anfälligkeit einhergeht, wäre Kopplung als Ursache der Assoziation diagnostiziert.

Verarbeitung und Aufbereitung von Bio-Apfeltrester zur Erzeugung von alternativen hochwertigen Proteinquellen

Vorkommen und Bildungsbedingungen sowie Bestimmung von Patulin und Aflatoxinen in Lebensmitteln pflanzlicher Herkunft, Mykotoxine bei pflanzlichen Ernteprodukten

a) Kommen unter bei uns ueblichen Lagerbedingungen bei Kartoffeln, Gemuese und Obst nach Pilzbefall Toxine vor? b) Infektion von Erntegut mit bekannten Pilzen, Lagerung und chromatographische Identifizierung der Toxine. c) Lagerversuche und Studium der Bildungsbedingungen der Toxine.

Biologische Unkrautbekaempfung mit pilzlichen Pathogenen

Im Rahmen der biologischen Unkrautregulierung werden pilzliche Pathogene, die als Mykoherbizide die Unkrautpopulation, u.a. vom Weissen Gaensefuss (Chenopodium album) nachhaltig schwaechen koennen, gesucht. Von den gefundenen pilzlichen Pathogenen wird deren Virulenz und Wirtspezifik und geeignete Vermehrungs- und Applikationsmethoden geprueft. Sowohl in Gefaessversuchen, als auch in ersten Freilandversuchen konnte mit ausgewaehlten Pilzisolaten eine positive Schadwirkung gegenueber dem Weissen Gaensefuss nachgewiesen werden.

Vorkommen und Bildungsbedingungen sowie Bestimmung karzinogener Mykotoxine in Lebensmitteln

Mykotoxine koenen bei Pilzwachstum in Rohprodukten oder waehrend der Be- und Verarbeitung von Lebensmitteln entstehen. Wenn die Bildungsbedingungen bekannt sind, kann man durch entsprechende Technologie oder den Einsatz von Fungiziden ihre Entstehung verhindern.

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