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Pflanzenpathogene verursachen Krankheiten, die 20-30 % der weltweiten Ernteproduktivität zerstören können. Pilzpathogene verursachen einige der zerstörerischsten Pflanzenkrankheiten. Das Verständnis ihrer Infektionsmechanismen bietet vielversprechende Möglichkeiten, neuartige Methoden zu entwickeln um ihre Ausbreitung zu verhindern, den Einsatz giftiger Chemikalien zu reduzieren und dadurch die Ernteproduktivität zu steigern. Wir benötigen jedoch neuartige und innovative Ansätze, um die mechanistischen Details der Virulenz der Pathogene zu entschlüsseln. In diesem Antrag werden wir untersuchen, wie der Brandpilz Grundnahrungsmittel wie Reis, Gerste und Weizen infiziert und dabei eine verheerende Pandemie verursacht, die die globale Ernährungssicherheit bedroht. Zu diesem Zweck werden wir modernste Technologien in der Röntgenkristallographie und der kryogenen Elektronenmikroskopie einsetzen, um mit dem höchsten jemals aufgezeichneten Detailgrad zu verstehen, wie der Pilz in die Pflanzen eindringt. Indem wir verstehen, wie dieser Pilz Pflanzen infiziert, tragen wir zur Entwicklung neuartiger Strategien zur Krankheitsbekämpfung bei, bewältigen eine kritische wirtschaftliche Herausforderung in der globalen Landwirtschaft und gewährleisten die Ernährungssicherheit für künftige Generationen.
In Zeiten des Klimawandels wird die Pflanzengesundheit durch kombinierten Stress durch abiotischen, klimawandelbedingten Faktoren und biotischem Faktoren durch Schädlinge und Krankheitserreger beeinträchtigt. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Auswirkungen abiotischer, klimawandelbedingte Stressfaktoren, wie z. B. erhöhtem atmosphärischen CO2-Gehalt (eCO2) und Trockenstress, auf die Interaktion zwischen Weinreben, Blattrollviren (GLRaV), und virusübertragenden Schmierläusen zu untersuchen. GLRaV, insbesondere GLRaV-3, verändert die CO2-Assimilation, die Wassernutzungseffizienz sowie die primären und sekundären Stoffwechselprodukte der Pflanze, was letzendlich zu Ertragsminderungen, verzögerter Fruchtreife und schlechter Traubenqualität führt. Das Virus wird durch infiziertes Vermehrungsmaterial und phloemsaugende Insekten, wie z. B. Schmierläuse, verbreitet. Es ist bekannt, dass eCO2- und Wasserstress einen erheblichen Einfluss auf die Pflanzenphysiologie und die Schädlingsbekämpfung haben kann. Außerdem weiß man, dass Pflanzenviren biotischen Stress für die Pflanzen verursachen und das Verhalten der Virusvektoren verändern können. Gleichzeitig werden Viren von denselben klimawandelbedingten abiotischen Stressfaktoren beeinflusst, wie die anderen Mitglieder des Ökosystems. Es gibt nur sehr wenige Studien über die Auswirkungen des Klimawandels auf Virusinfektionen auf Weinreben und keine einzige über die Auswirkungen auf Schmierläuse als Virusvektoren. Schlussfolgerungen aus anderen Pathosystemen zu ziehen, gestaltet sich schwierig, da die Auswirkungen von abiotischem, klimawandelbedingtem Stress oft artspezifisch sind. Bisher hat sich die Forschung vor allem mit den Wechselwirkungen einzelner Klimawandelparameter mit Pflanzen, Insekten oder Krankheitserregern befasst. Um die Wechselwirkungen zwischen mehreren Stressoren und die komplexen Beziehungen zwischen Pflanzen, Krankheitserregern und Vektoren zu verstehen, sind breitere Forschungsansätze nötig. Nur so können wirksame Anpassungsstrategien entwickelt werden um Pflanzen in der Zukunft gesund und produktiv zu halten. Im Rahmen des Projekts werden eine Reihe von Experimenten durchgeführt, bei denen Weinreben zwei Klimawandelparametern (Wasserstress + CO2) in Kombination mit biotischem Stress durch eine GLRaV-3-Infektion ausgesetzt werden. Untersucht werden die Mechanismen (Genexpression) und die Auswirkungen auf die Pflanzen (Aminosäuren, Phenole, C/N, Zucker, Chlorophyll) und den Insektenvektor (Fressverhalten, Fitness), zusätzlich zu klassischen Übertragungsexperimenten mit GLRaV. Die Forderung nach multifaktoriellen Stress-Experimenten wird seit Jahrzehnten erhoben. Diese Experimente sind ehrgeizig und komplex, aber sie sind der notwendige nächste Schritt, um Erkenntnisse über die zukünftige Entwicklung der Blattrollkrankheit zu gewinnen.
Dieses Projekt konzentriert sich auf ein komplexes Merkmal, das für das terrestrische Leben relevant ist: die Triade von Pflanzen-Mikrobiota-Boden-Interaktionen mit gegenseitiger Anpassung der interagierenden Partner, deren Komplexität bei weitem noch nicht vollständig verstanden ist. Unser Ziel ist es, zunächst aufzuklären, wie die mit mykorrhiziertem Mais assoziierte Mikrobiota durch Genotyp und Umwelt geformt wird, und dann mit reduktionistischen Ansätzen die bestehenden Interdependenzen und molekularen Mechanismen aufzudecken, die diesen Interaktionen in der Mykorrhizosphäre (MZ) zugrunde liegen. Nur wenn dieses komplexe Merkmal zergliedert werden kann, um die genauen genetischen Variationen aufzudecken, die zu seiner Entstehung geführt haben, kann das MZ-System rekonstruiert und gezielt für die Züchtung neuartiger Pflanzen mit verbesserten Eigenschaften zum Nutzen der Nutzpflanze und zur Verbesserung der Bodenqualität eingesetzt werden.Im Rahmen des Projekts wird untersucht, wie Pflanzenfaktoren, die an den Interaktionen zwischen Pflanze und Boden und der Pflanzenleistung beteiligt sind, die Interdependenz zwischen Wurzeln, Mikrobiota und Boden im MZ-System auf Makro- und Mikroebene beeinflussen. Es werden Maisgenotypen verwendet, die genetische Störungen des Systems aufweisen. Die übergreifende Hypothese ist, dass die Ernährungs- und Stoffwechselinteraktionen zwischen Wirtspflanzen und ihrer Mikrobiota durch die MZ bestimmt werden, welche räumliche chemische Gradienten über das Wurzel-Boden-Kontinuum ausbreitet, was zu Verschiebungen in der pflanzenassoziierten Mikrobiota führt und somit die Leistung der Wirtspflanzen beeinflusst. Wir sind besonders daran interessiert, (1) die Rückkopplungsschleifen zu untersuchen, die dem Aufbau und der Dynamik der mikrobiellen Gemeinschaft in der arbuskulären Mykorrhiza (AM) und der MZ zugrunde liegen, (2) die Wechselwirkungen mit der Bodenqualität (Wasser- und Nährstoffgehalt) und der Leistung der Wirtspflanze sowie die Rolle der Mikrobiota weiter aufzuklären und (3) zu untersuchen, wie die mit der AM-Symbiose assoziierte Mikrobiota die Pflanze-Boden-Beziehungen beeinflusst. Dies beinhaltet die Beziehungen zwischen AM, ihrer Mikrobiota, Boden- und Blattwasserpotenzial, Transpirationsraten sowie Phosphat- und Trockenstresstoleranz.
Globale Bedrohungen für die Biodiversität und die vielfältigen Ökosystemleistungen, die sie unterstützt, haben viele Forschungen über die Beziehung zwischen Biodiversität und der Funktionsweise von Ökosystemen motiviert. Diese Arbeit hat wesentliche Beweise dafür geliefert, dass die Biodiversität im Parzellenmaßstab mehrere Ökosystemfunktionen beeinflussen kann. Die meisten dieser Studien konzentrierten sich jedoch hauptsächlich auf die Auswirkungen der Biodiversität auf kleinen räumlichen Skalen auf Ökosystemfunktionen und nicht auf die Auswirkungen großräumiger Veränderungen der Biodiversität auf Ökosystemleistungen. Diese Lücke ist erheblich, da sich die Biodiversität auf allen räumlichen Ebenen verändert und zu einer großflächigen Homogenisierung führt. Die Berücksichtigung der Multiskalennatur der Biodiversität ist daher unerlässlich, wenn wir verstehen wollen, wie die Biodiversität Ökosystemleistungen untermauert. Neuere empirische Studien zeigten die Schlüsselrolle der umgebenden Pflanzenvielfalt bei der Unterstützung von Ökosystemleistungen. Diese Studien konzentrierten sich jedoch nur auf die Pflanzenvielfalt, während frühere Studien die Bedeutung der Biodiversität über mehrere trophische Ebenen hinweg aufzeigten, um das Funktionieren des Ökosystems zu unterstützen. Hier setzt das hier vorgeschlagene Projekt an. Das Multi-BEF Projekt zielt darauf ab, zu untersuchen, wie die umgebende Biodiversität mehrerer trophischer Ebenen (Bodenzersetzer-Mikroorganismen, Insektenfresser, Arthropoden-Raubtiere) die Bereitstellung mehrerer Ökosystemleistungen in Grasland beeinflusst. Insbesondere werden wir (i) die Auswirkungen der Landnutzungsintensivierung auf verschiedenen räumlichen Ebenen auf die Biodiversität der Landschaft identifizieren; (ii) merkmalsbasierte Ansätze verwenden, um die Mechanismen zu untersuchen, die der Reaktion der Biodiversität zugrunde liegen (z. B. Nischenpartitionierung, Ausbreitungsprozesse); (ii) Bewertung der Rolle der Landschaftsbiodiversität bei der Erbringung mehrerer Ökosystemleistungen.
Nachhaltige Landwirtschaft agiert in einem Spannungsfeld zwischen Produktivität und Erhalt der Bodengesundheit. Kupfer wird in großem Umfang als Fungizid und Düngemittel eingesetzt, hat jedoch auch negative Auswirkungen auf die Bodengemeinschaft. Kupfertoxizität wird in der Regel durch Adsorption im Boden und Aufnahme durch Organismen erklärt, aber die Möglichkeit anderer toxischer Pfade, z. B. die Bildung von Radikalen, wird noch nicht in Betracht gezogen. Die Relevanz von Radikalen im Boden wurde zuvor in unseren Studien gezeigt, in denen Nanopartikel auf Kupferbasis bei sehr niedrigen, umweltrelevanten Konzentrationen negative Effekte auf Bodenorganismen hatten, einschließlich Reaktionen in deren antioxidativem System. Überraschenderweise war dies nur bei stark adsorbierenden, tonreichen Böden der Fall, die für die Landwirtschaft sehr relevant sind. Die Kombination von Kupfer und Ton in Böden ist in der Lage, reaktive Sauerstoffspezies (ROS) zu bilden oder weit verbreitete polyaromatische Schadstoffe in umweltbeständige freie Radikale (EPFR) umzuwandeln, die negative Folgen für Bodenorganismen, aber auch für die menschliche Gesundheit haben können. Die Bildung dieser Radikale beruht auf Elektronentransferprozessen, bei denen Übergangsmetalle wie Kupfer oder Eisen (insbesondere in nanopartikulärer Form), Tonminerale und organische Stoffe als Quelle und/oder Transporteur von überschüssigen Elektronen dienen. Alle diese Stoffgruppen kommen natürlich im Boden vor, werden aber auch durch landwirtschaftliche Aktivitäten eingebracht. In diesem Projekt werde ich mehrere repräsentative Stoffgruppen kombinieren, die ein landwirtschaftliches Bodensystem simulieren und für die Radikalbildung relevant sind. Das radikalbildende Potenzial sowohl natürlicher als auch anthropogener Stoffe, d.h. verschiedener Arten von Ton- und Eisenmineralen, organischer Substanz und anthropogenem Kupfer, wird einzeln und in Kombination ermittelt. Die Radikalbildung wird chemisch untersucht, indem die ROS- und EPFR-Bildung in künstlichen Bodenlösungen und Böden gemessen wird, aber auch biochemisch und ökologisch anhand der antioxidativen und Fitness-Reaktion von Springschwänzen (Folsomia candida). Um die Laborergebnisse auf die Freilandsituation zu übertragen, werden die Faktoren, die im Labor als am auffälligsten identifiziert wurden, zur Identifizierung potenzieller radikalbildender Hotspots im Feld verwendet; dabei werden Podsole mit Fluvisolen (schwankendere Redoxbedingungen aufgrund ihrer Nähe zu Flüssen) im Hinblick auf die Korrelation zwischen ihren Bodeneigenschaften und dem Auftreten von ROS und EPFR verglichen. Die Identifizierung der Bodenfaktoren für die Radikalbildung im Labor und auf dem Feld wird Auswirkungen auf den Bodenschutz, die Risikobewertung von Nanopestiziden und die landwirtschaftliche Bewirtschaftung haben und direkte Empfehlungen für eine nachhaltige Bewirtschaftung des Bodens mit Hinblick auf deren Potenzial zur Radikalbildung ermöglichen.
Zu verstehen, wie anthropogene Faktoren Einfluss auf die Ernährungsökologie bedrohter Tierarten nimmt, stellt einen zentralen Ansatz dar, um Reaktionen auf Umweltveränderungen vorherzusagen und gefährdete Arten schützen zu können. Besonders für Bestäubungsinsekten wie Hummeln ist dieses Verständnis bedeutsam, da bei vielen dieser Arten große Rückgänge in ihren Beständen zu verzeichnen sind. Diese Entwicklung lässt sich womöglich zum Teil auf Mangel- und Fehlernährung zurückführen. Mithilfe dieser Forschungsarbeit möchten wir verstehen, wie die Ernährungsökologie von Bombus terrestris von Landnutzung und Infektionskrankheiten beeinflusst wird - Krankheiten sind ein zunehmendes Problem, da kommerzielle Imkerei die Verbreitung von Erregern begünstigt. Um dieses Verständnis zu erreichen, haben wir unsere Untersuchungen in drei Phasen eingeteilt. In der ersten Phase untersuchen wir die Interaktion von Aminosäuren und deren Einfluss auf B. terrestris’ Fitness und Nährstoffhaushalt. Dazu wenden wir eine hochmoderne Technik in der Ernährungsökologie an, das sogenannte ‘exome matching’. In diesem Verfahren lassen sich anhand von Sequenzdaten der individuelle Bedarf der Aminosäurezusammensetzung ableiten. Diese Erkenntnisse stellen eine Grundlage für unser Verständnis und die weitere Erforschung der Ernährungsökologie von Hummeln dar. Zudem wird in diesem Zuge das exome matching -Verfahren auf Hummeln optimiert. In Phase 2 werden wir uns der Frage widmen, in wie weit Aminosäuren mit den anderen beiden zentralen Nahrungskomponenten (Kohlenhydrate und Fette) interagieren und diese Interaktion Einfluss auf B. terrestris‘ Fitness und Immunität nimmt. Wir untersuchen die bevorzugte Nahrungszusammensetzung in gesunden Individuen und Hummeln, bei denen eine Immunantwort provoziert wurde. Dies wird uns durch die aussagekräftige Methode des ‚dietary mapping‘ ermöglicht, dem ‚Geometric Framework of Nutrition‘. Die Ergebnisse werden zeigen, wie sich die Aufnahme bestimmter Makronährstoffe auf die Fitness von Hummeln auswirkt und sich die Ansprüche an die Zusammensetzung der Nahrung durch eine Immunantwort verändern. In Phase 3 untersuchen wir, wie sich die unterschiedliche Zusammensetzung von Pollen in diversen landwirtschaftlichen Umgebungen auf das reale Nahrungssammelverhalten von Hummeln auswirkt. Dies gibt Aufschluss über den Einfluss von Landwirtschaft auf die Ernährung von Hummeln. Indem wir Daten aus dem Feld und Labor vereinen, können wir Schlüsse darüber ziehen, ob exome matching und Geometric Framework of Nutrition fundierte Vorhersagen über das Nahrungssammelverhalten von Hummeln in der Natur treffen können. Es soll gezeigt werden, wie Umweltveränderungen die Ernährungsökologie von Arten beeinflussen und so zu einer Beeinträchtigung von Ökosystemdienstleistungen wie der Bestäubung führen können. Das durch dieses Projekt generierte Wissen kann somit eingesetzt werden, um Bestäuberverluste zu reduzieren.
Viele räuberische Bodenmilben sind Generalisten und fressen diverse Nahrungsorganismen, was sie zu exzellenten Kandidaten für die biologische Schädlingsbekämpfung macht. Ihr Einfluss auf oberirdische Schädlinge ist gut bekannt; Raubmilben als natürliche Feinde für unterirdische Schädlinge sind dagegen wenig untersucht. Das geplante Projekt hat das Ziel das Nahrungsnetz in landwirtschaftlichen Böden, insbesondere die trophischen Beziehungen zwischen Mikroorganismen, freilebenden Nematoden (FLN) und Raubmilben, für die biologische Kontrolle von Wurzelgallnematoden (RKN) zu nutzen. Wir postulieren, dass FLN eine qualitativ hochwertige Nahrung (u.a. aufgrund ihres Gehaltes an omega 3 Fettsäuren) für Milben darstellen, welche die Fitness und damit die Biokontrolle durch diese Räuber erhöhen. Diese trophischen Interaktionen werden in vier Arbeitspaketen im Labor, Gewächshaus und Freiland untersucht. Salat dient als Modellpflanze, da alle in Israel und Palästina angebauten Sorten anfällig für RKN sind, was zu Ernteverlust führt. Kompost der Schwarzen Soldatenfliegenlarven (BSFL, Hermetia illucens) dient als Substrat zur Zucht der FLN sowie als organischer Dünger in den Experimenten. BSFL ist eine nachhaltige Lösung für das landwirtschaftliche Management von Tier- und Pflanzenabfall, mit Potential als Bodenverbesserer im ökologischen Landbau. Folgende Forschungsfragen sollen untersucht werden: 1) Welche FLN und Milbenarten kommen natürlicherweise gemeinsam in landwirtschaftlichen Flächen vor und bieten damit ein gutes Potential für die Biokontrolle? 2) Welche FLN Arten führen zur stärksten Erhöhung der Räuberfitness (z.B. Reproduktion, Biomasse) und stellen diese FLN, bei Anwesenheit von RKN, eine alternative Nahrung für Milben dar? 3) Welche getrennten und synergistischen Wirkungen haben die mit BSFL assoziierten Mikroorganismen, und deren Nematoden-Grazer, auf die Populationsdichte der Raubmilben, die Fitness der Pflanzen und die RKN Biokontrolle durch Milben? 4) Welchen Einfluss hat BSFL Ausbringung als landwirtschaftliche Praxis auf die Biokontrollfunktion der Milben sowie auf die Bodengesundheit, Pflanzenresistenz gegenüber Blattherbivoren und Ernteertrag? Die anvisierte Trilaterale Kooperation wird somit autochthone FLN und räuberische Bodenmilben für die Biokontrolle von RKN identifizieren, evaluieren und etablieren. Dies wird nachhaltige landwirtschaftliche Strategien fördern, welche von Erzeugern in Israel und Palästina angewandt werden können.
Dark Septate Endophytes (DSEs) sind eine polyphyletische Gruppe innerhalb der Ascomyceten, die Pflanzenwurzeln besiedeln und durch hohe Melaninkonzentrationen in ihren Hyphen charakterisiert sind. Möglicherweise ist die Melanisierung bei Pflanzen-DSE-Assoziationen von Vorteil und eine Reaktion auf eine Vielzahl biotischer und abiotischer Stressfaktoren. Es gibt jedoch noch keine Beweise dafür, dass die hohe Melanisierung von DSEs zur erhöhten Stresstoleranz beiträgt. Es ist ebenfalls wahrscheinlich, dass Melanin eine Rolle bei der Penetration der Wurzeloberfläche durch die pilzlichen Hyphen und der anschließenden Besiedelung der Wurzelrinde spielt. Hier besteht jedenfalls eine Analogie zu einigen ebenfalls melanisierten, pathogenen Pilzen die sowohl tierische, als auch pflanzliche Gewebe erfolgreich infizieren. In diesem deutsch-französischen Kooperationsprojekt wollen wir den Melanisierungsprozess im DSE-Modell Leptodontidium sp. besser verstehen, einschließlich der Untersuchung von Regulationsmechanismen, die diese Melanisierung modulieren. Darüber hinaus werden komplementäre genetische, pharmakologische, physikalisch-chemische, physiologische und Omics-Ansätze der deutsch-französischen Partner genutzt, um zu entschlüsseln welche Rolle Melanin zum einen bei der Besiedelung von Pflanzen und bei der hohen Toleranz von Leptodontidium sp. gegenüber einer Reihe von abiotischen und biotischen Stressfaktoren spielen könnte. Das Konsortium besteht aus vier Forschergruppen, die über komplementäre Fachkenntnisse in den Bereichen Mikrobiologie, Interaktionen zwischen Pflanzen und Mikroorganismen unter Stressbedingungen, Pilzökologie, Multi-Omic-Analysen und Bioinformatik verfügen. Besondere Techniken und Themen sind die genetische Transformation von DSEs und die Rasterkraftmikroskopie (Université de Lorraine - P1), miRNA-Analysen und Metallstress (Université de Bourgogne Franche-Comté - P2), Epigenetik und RNAseq-Analysen (Friedrich-Schiller-Universität Jena - P3) sowie Interaktionen zwischen Pilzen und Mykoparasiten (Hochschule Wismar - P4). Im deutsch-französichen Team werden diese gebündelt um die Funktion Melanins für DSEs und für DSE-Pflanzen-Interaktionen aufzuklären. Das Verständnis wie Melanine die Toleranz gegenüber Umweltstress für DSEs und für die von DSEs besiedelten Pflanzen erhöhen, sollte dazu beitragen, diese wichtige Pilzressource für die nachhaltige und wirtschaftlich sinnvolle Produktion von Nutzpflanzen zu nutzen. Dies schließt auch die Betrachtung mykophager und pflanzenpathogener Organismen in der Rhizosphäre, die Exposition gegenüber Schadstoffen und Auswirkungen des Klimawandels wie Trockenheit und Hitze zwingend mit ein. Folglich streben wir auch eine weite Verbreitung der Projektergebnisse an, nicht nur in der wissenschaftlichen Gemeinschaft, sondern auch bei Interessengruppen aus Landwirtschaft, Gartenbau und der Forstwirtschaft.
Anders als bei Pflanzen und Tieren ist die Fähigkeit der europäischen Schutzgebiete, die biologische Vielfalt des Bodens und die Ökosystemleistungen unter den verschiedenen Stressfaktoren des globalen Wandels zu erhalten, praktisch unbekannt. Natürliches und landwirtschaftlich genutztes Grünland spielt eine grundlegende Rolle für die Erhaltung der biologischen Vielfalt und die nachhaltige Nahrungsmittelproduktion. Die verschiedenen Arten von Grünland (Schutzgebiete, naturnahes Grünland und Ackerland) erfüllen eine Vielzahl von Ökosystemfunktionen, aber es gibt auch wichtige Kompromisse (z. B. Nahrungsmittelproduktion vs. Kohlenstoffbindung im Boden). Es ist auch immer noch nicht ganz klar, welches Grünlandsystem besser gegen Störungen und den Klimawandel schützt. Dieser Wissensmangel ist vor allem vor dem Hintergrund der anthropogenen Klimaerwärmung und als Reaktion auf andere, gleichzeitig auftretende Stressfaktoren, die die Erhaltung der biologischen Vielfalt und der Funktion des Bodens bedrohen, wie Trockenheit, Pestizide und Überdüngung, von Bedeutung. GRASS4FUN zielt darauf ab, die biologische Vielfalt des Bodens, die ökologischen Netzwerke und die Ökosystemleistungen, die von Grünland über einen Gradienten der Landnutzungsintensität und als Reaktion auf Landschaftsmerkmale unterstützt werden, zu vergleichen und ihren Erhaltungszustand (zeitliche Dynamik) und ihre Widerstandsfähigkeit gegen mehrere Stressfaktoren des globalen Wandels zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden wir bestehende europäische Erhebungen mit der Überwachung der biologischen Vielfalt und der Funktion des Bodens auf 300 Grünlandflächen (geschütztes Grünland, naturnahes Grünland und Ackerland) über einen europaweiten Gradienten kombinieren und die Zukunft der biologischen Vielfalt des Bodens, der Ökosystemleistungen und der grundlegenden Kompromisse zwischen den drei Landnutzungsarten unter verschiedenen Szenarien des globalen Wandels und auf europäischer Ebene modellieren. Anschließend werden Gewächshausexperimente durchgeführt, um die Reaktionen der biologischen Vielfalt und der Funktionen des Bodens auf verschiedene globale Stressfaktoren wie Trockenheit, Pestizideinsatz, Stickstoffverschmutzung und Schwermetalle zu testen. Wir werden insbesondere auch prüfen, ob Landschaftsmerkmale (z. B. Landschaftsheterogenität) die ober- und unterirdische Biodiversität und ihre Fähigkeit zur Abfederung von Belastungen durch den globalen Wandel beeinflussen. GRASS4FUN wird von Hand zu Hand mit mehreren Interessengruppen durchgeführt, um den Transfer zu Interessengruppen, politischen Entscheidungsträgern und der Gesellschaft zu erleichtern, mit dem grundlegenden Ziel, bahnbrechendes Wissen bereitzustellen, um Ökosysteme widerstandsfähiger gegen globale Stressfaktoren zu machen und die biologische Vielfalt in Europa zu schützen, einschließlich der in Böden lebenden Organismen.
Apfel (Malus domestica) ist einer der wichtigsten angebauten Früchte weltweit. In Baumschulen werden Pflanzen häufig neu gepflanzt (2-3 Jahre), was zu einer verminderten Ernteproduktivität führt, die auch als Apfelnachbaukrankheit (ARD) bezeichnet wird. ARD kann definiert werden als "eine schädlich, gestörte physiologische und morphologische Reaktion von Apfelpflanzen auf Böden, die aufgrund früherer Apfelkulturen Veränderungen in ihrem (Mikro-) Biom ausgesetzt waren". Früher wurden Bodenbegasungsmittel zur Bekämpfung von ARD verwendet. Bei diesen Mitteln sind Anwendungsschwierigkeiten, hohe Kosten und Gefahren für die Umwelt und die menschliche Gesundheit als problematisch anzusehen. Daher wäre die Züchtung und/oder Selektion weniger empfindlicher Genotypen eine nachhaltigere Lösung für ARD. Die Entwicklung von ARD-assoziierten Markern beruht jedoch auf einem besseren Verständnis der molekularen Reaktionen in planta, um die Ätiologie der Krankheit zu entschlüsseln. Kürzlich wurde gezeigt, dass Phytoalexinbiosynthesegene nach sieben Tagen Kultur auf ARD-Boden im Vergleich zu desinfiziertem ARD-Boden stark hochreguliert sind. Es zeigte sich, dass sich die Phytoalexine im Wurzelsystem in sehr hohen Konzentrationen anhäufen, was zu einer möglichen Phytotoxizität führt. ABC-Transporter, die an der Translokation und Exsudation von Phytoalexinen beteiligt sind, zeigten keine Regulation, was zu der Annahme führte, dass Phytoalexine unter ARD-Bedingungen nicht in den Boden ausgeschieden werden und sich daher in sehr hohen Konzentrationen in den Wurzeln anreichern. Zusätzlich kann der vakuoläre Transport behindert werden, was zu einer fehlenden Entgiftung der akkumulierten Substanzen führt. Ein möglicher Grund für die möglicherweise eingeschränkte Exsudation von Phytoalexinen oder von Sequestrierung in Vakuolen über ABC-Transporter könnte die Entstehung toxischer Zyanidkonzentrationen in ARD-betroffenen Pflanzen sein, was zu weniger ATP-Verfügbarkeit für ABC-Transporter führt. Ziel des Projektes ist es, die Rolle von ARD-induzierten Phytoalexinen bei ARD und molekulare Reaktionen in ARD-betroffenen Pflanzen aufzuklären. Der Fokus wird darauf liegen, ihre Rolle bei ARD unter Berücksichtigung weiterer interagierender Gene/Proteine abzuleiten. Die Toxizität und Lokalisation der Verbindungen werden ebenso analysiert wie Entgiftungsmechanismen, z.B. Transport aus dem Zytoplasma. Darüber hinaus werden weitere toxische Nebenprodukte im Cyanidstoffwechsel sowie die Energieversorgung näher untersucht, um einen detaillierten Überblick über die molekularen Mechanismen bei ARD zu erhalten. Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung, Mikroskopie, Genexpressionsstudien und metabolische Analysen werden eingesetzt, um dieses Ziel zu erreichen. Vergleiche zwischen einem sensitiven und einem weniger sensitiven Genotyp sollen Erkenntnisse für die frühe Vorhersage von ARD-Schweregraden in Böden liefern und dabei helfen ARD-tolerante Apfelpflanzen auszuwählen.
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| Bund | 107 |
| Wissenschaft | 30 |
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| Förderprogramm | 107 |
| License | Count |
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| Offen | 107 |
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| Deutsch | 107 |
| Englisch | 104 |
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| Webseite | 107 |
| Topic | Count |
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| Boden | 60 |
| Lebewesen und Lebensräume | 104 |
| Luft | 33 |
| Mensch und Umwelt | 101 |
| Wasser | 31 |
| Weitere | 107 |