Das Projekt "D 1.2: Reducing alternation and production of off-season fruits in Lychee, Longan and Mango" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Institut für Kulturpflanzenwissenschaften (340), Fachgebiet Düngung und Bodenstoffhaushalt (340i) durchgeführt. The aim and vision of sub-project D1.2 was and is to encourage hillside farmers to plant erosion resistant fruit trees instead of erosion susceptible annual plants. For that reason, experiments to overcome the irregular bearing behaviour of the three most common fruit tree species in Northern Thailand (Litchi, Longan and Mango) from the first SFB period will be continued in order to make their planting more attractive to the farmers. Considerable progress has been made in D1 during the past 3 years to induce flowers and fruit in Longan trees by the application of KClO3 . With this technique, it was not only possible to induce year around flowers and fruit (off season fruit) but also to overcome the generally rather irregular fruiting behaviour of these trees. A similar technique is now being developed for Mango by using an inhibitor of the bio-synthesis of the plant hormone gibberellin. Only Litchi still resist this kind of manipulation by an 'off season technique' (OST). Great effort will therefore be devoted establishing a similar system for this species as well. Reliably, this can only be done by gaining a much better knowledge of the - most certainly hormonal - regulatory system that governs flower induction in trees. Investigations into the hormonal changes taking place during natural and induced flower induction is, therefore, one of the central objectives in this sub-project, with the goal to better understand the process of flower induction. Until now most of the progress in this area is entirely empirical in nature and a more specific manipulation therefore difficult. While the ability to produce off season fruit all year around and under various weather conditions has brought about a great number of new possibilities, new challenges will still be faced with regard to these methods. These circumstances will affect the whole production chain from the orchard to the market and consumer. In order to better investigate and understand these new situations, a large model experiment with Mango will be set up and problems like tree pruning, water and nutrient demand, phytopathological problems, demand on work force, fruit processing and drying etc. will be investigated by the interdisciplinary co-operation of 8 sub-projects within the SFB. The results obtained during these investigations will be shared with hillside farmers enabling them to take advantage of these new possibilities, which will provide for more reliable yields and allow them to market fruit year around. In general, these new opportunities should encourage farmers to plant more trees and thus reduce erosion. However, to make this system not only reliable and economic but also ecologically and socially beneficial to the society all potential benefits as well as risks have to be evaluated carefully from all different aspects.
Das Projekt "TP2: Wirkung von Plasma-behandeltem Wasser (wINPlas) auf die Genexpression und Metabolit-Zusammensetzung bei Gerste" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald, Biologie, Institut für Botanik und Landschaftsökologie durchgeführt. Die langanhaltende und systemische Wirkung von Plasma-behandeltem Wasser auf das antioxidative System bei Gerstenpflanzen soll vertieft untersucht werden. Es wird erwartet, dass sich durch die Applikation von PBW Änderungen in der Expression von Genen für entwicklungsbezogene Transkriptionsfaktoren sowie Enzyme des antioxidativen Systems ergeben. Auch die Bildung bestimmter Phytohormone könnte betroffen sein. Mit einer RNA-Sequenzierung nach entsprechender Behandlung der Pflanzen sollen die betroffenen Gene bestimmt werden, so dass darauf die Zusammensetzung der Metabolite und Enzyme gezielt analysiert werden kann. Hieraus lassen sich dann Rückschlüsse auf ein mögliches Priming der Pflanzen gegenüber Stressoren erhalten. Aus den bereits im vorher laufenden Projekt gewonnen Daten über die Zusammensetzung phenolischer Verbindungen und Carotinoiden (qualitativ und quantitativ) soll zeitgleich die Anwendung von Markersubstanzen für die Wirksamkeit des PBW sowie für des Stressniveaus in der Pflanze erarbeitet werden. Dieses soll neben der Gerste auch an Lupine im Gewächshaus sowie im Feldversuch getestet werden.
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung durchgeführt. Über das umfassende Screening einer DH-Population aus einer 'stay-green' und einer effizient remobilisierenden Linie sollen Gerstenlinien identifiziert werden mit verbessertem Samenansatz und Kornertrag unter Trockenstress. Eine detaillierte Charakterisierung ausgewählter, kontrastierender Linien dient als Grundlage genetische Netzwerke zur Erhöhung von Trockenstresstoleranz zu beschreiben und molekulare Marker abzuleiten. Das entwickelte genetische Material steht direkt für die GMO-freie, züchterische Weiterentwicklung von trockenstresstoleranten Linien zur Verfügung. Durch den Industriepartner werden Doppel-Haploide Populationen erzeugt und nach Feldversuchen QTLs bestimmt und molekulare Marker abgeleitet. WP2: Screening einer F1-DH Population im Gewächshaus auf Toleranz gegen terminalen Trockenstress mithilfe physiologischer und biochemischer Analysen um 'stay-green' und früh seneszierende Phänotypen und deren Einfluss auf den Samenansatz zu identifizieren. Über die erhaltenen Daten werden in WP3 QTLs bestimmt. WP4: Beschreibung der molekularen und physiologischen Mechanismen für erhöhten Samenansatz und Kornertrag unter terminalem Trockenstress in ausgewählten DH-Linien und deren Eltern. Diese Daten werden mit einer vertieften Expressionsanalyse von Genen aus der Biosynthese der genannten Phytohormone verglichen, um die phytohormonellen Gleichgewichte und ihren Einfluss auf die C-Assimilation und den Samenansatz. Fortsetzung siehe Anlage
Das Projekt "Regulation des S Stoffwechsels auf der Ebene der ganzen Pflanze - Bedeutung von Phytohormonen und kleinen RNA Signalen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Forstbotanik und Baumphysiologie durchgeführt. Die Schwefelernährung von Bäumen wird bestimmt durch den Schwefelbedarf verschiedener Pflanzenorgane und deren saisonale Veränderungen, die Aufnahme von Schwefel aus Pedosphäre und Atmosphäre, die Assimilation und den Transport von Schwefel in der Pflanze, sowie durch Speicherungs- und Mobilisierungsprozesse. Diese komplexe Natur der Schwefelernährung erfordert Regulation auf der Ebene der ganzen Pflanze, z.B. durch Signaltransduktion zwischen Spross und Wurzel. Ziel des projekts ist es, Phytohormone und kleine RNAs zu identifizieren, die an der Signaltransduktion zwischen Spross und Wurzel beteiligt sind und die Schwefelernährung an den Schwefelbedarf für Wachstum und Entwicklung anpassen.
Das Projekt "Dynamik der Holzbildung am transgenen Modellsystem rolC-Aspe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Department für Biologie, Zentrum Holzwirtschaft, Ordinariat für Holzbiologie und Institut für Holzbiologie und Holzschutz der Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft durchgeführt. Die Regulation der Xylogenese ist noch nicht vollstaendig bekannt. Neben Phytohormonen sind auch andere interne und externe Faktoren daran beteiligt. Zur Ueberpruefung dieses Sachverhaltes sollen 35S-rolC transgene und nichttransgene Aspen als Modellsystem herangezogen werden. Die rolC-Aspen besitzen im Vergleich zu den nichttransgenen Aspen einen veraenderten Phaenotyp, veraenderte physiologische Parameter und Phytohormongehalte. Sie unterscheiden sich auch in ihrer Holzstruktur und Dynamik der Holzbildung. Insbesondere ergaben sich Hinweise auf eine Entkopplung von Blattaustrieb und Kambialaktivitaet, eine verringerte Zellteilungsgeschwindigkeit und eine verlangsamte Zelldifferenzierung. Ziel des Vorhabens, ist es, verschiedene interne und externe Parameter innerhalb einer Vegetationsperiode mit makro- und mikroskopischen, cytochemischen, spektroskopischen und molekularbiologischen Methoden zu erheben und folgende Teilgebiete zu bearbeiten: 1) Beginn der Holzbildung 2) Kambialdynamik ueber die Vegetationsperiode 3) Abschluss der Holzbildung und Winterruhe. Durch Zusammenfuehren der Einzelergebnisse und den Vergleich von transgenen mit nichttransgenen Aspen wird es moeglich sein, neues Wissen ueber die Regulation der Holzbildung abzuleiten.
Das Projekt "Molekulare Grundlagen der Wechselwirkungen von Glutathion-Synthese und Glutathion-Transport mit der Schwefelassimilaton von Pappeln (Populus tremula x P. alba)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Forstbotanik und Baumphysiologie durchgeführt. Glutathion (GSH) spielt in Pflanzen eine zentrale Rolle beim Schutz gegen verschiedene Stress- und Umweltfaktoren und stellt die wichtigste Transport- und Speicherform reduzierten Schwelfels in Pflanzen dar. Die GSH Synthese ist eng mit der Sulfatassimilation gebunden, beide Prozesse beeinflussen sich gegenseitig. Die Regulation dieser Prozesse auf den Ebenen Genexpression, Enzymaktivität und Metabolit-Pools ist gut untersucht. Ziel des vorliegenden Projekts ist deshalb die Messung des Flusses durch die Sulfatassimilation und die Modellierung der Schwefel-Flüsse auf der Ebene der ganzen Pflanze. Es wird untersucht, in wie weit der Fluss von Sulfat in GSH durch Modifizierung der Sulfatassimilation und durch oxidativen Stress beeinflusst wird. Die Daten werden für eine Kontroll-Fluss-Analyse herangezogen, um den Anteil einzelner Reaktionsschritte an der Kontrolle der Sulfatassimilation zu ermitteln. außerdem wird die Regulation der Sulfatassimilation durch Phytohormone untersucht. Ferner wird die von uns etablierte 'confocal laser scanning microscopy' Methode zur in vivo GSH Messung eingesetzt, um die subzelluläre Verteilung des GSH und den Austausch zwischen verschiedenen GSH Pools zu ermitteln.
Das Projekt "ABA-mediated stress response with focus on salt-stress and trunk development" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Braunschweig, Institut für Pflanzenbiologie durchgeführt. Nitrate reductase (NR) is one of the best studied enzymes in herbaceous plants. However, little is known about nitrate assimilation in woody plants. Poplar as the model plant for trees with all of the known benefits will allow us to investigate this pathway in more detail. We will investigate the complex regulation of nitrate assimilation in woody plants by making use of our already existing knowledge of organ-specific expression of NR in tobacco. We will analyze the cross-talk between roots and shoot, the allocation of nitrate and reduced N-compounds between these organs, the threshold of N-assimilation exclusively in the roots and the storage capacity of N-compounds. Our work will be focused on different levels by (i) analyzing the already existing stably transformed poplar-lines containing different gene constructs including genes of NR and of the molybdenum cofactor biosynthetic pathway, (ii) producing a new set of transformed poplar plants be establishing the RNAi technique, and (iii) analyzing the promoter of NR. In tight collaboration with other groups of the Forschergruppe, these studies will give insights for poplar in the following areas: N-assimilation and allocation, importance of the different tissues for nitrate reduction, correlation between NR and the subsequent enzymes of the N-assimilation pathway, interaction with other organisms (mycorrhiza), importance of phytohormones for nitrate-uptake, importance of temperature and oxygen shortage for root N-assimilation (seasonal effects), influence of N-assimilation by salt stress.
Das Projekt "Molecular and physiological regulation of adventitious root formation in Petunia cuttings in response to nutrient supply and dark exposure" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung durchgeführt. The vegetative propagation of ornamental plants depends on adventitious root formation (ARF) in cuttings, which is related to economic losses in horticulture. Based on the established microarray for transcriptome studies, a biochemical and a transformation platform, Petunia will be used to investigate the molecular physiological regulation behind environmental modulation of ARF in shoot tip cuttings. The concept relies on the fact that ARF depends on establishment of the new sink in the stem base and is restricted by competition with the shoot apex for assimilate and nutrient provision. Leaves are considered as potential source organs and auxin is expected to be a key factor. Project part A follows the hypotheses, that high nitrogen supply to donor plants and dark exposure of cuttings promote ARF by enhanced nitrogen remobilization within the cutting and enhanced translocation and accumulation of the signalling molecules auxin and nitric oxide. In part B it is hypothesized that ARF is restricted by phase specific deficiency of macro- and microelements, which can be met by targeted nutrient supply to the stem base during certain developmental stages. In particular, the role of nitrate and urea in homeostasis of phytohormones is regarded. In both project parts, analysis of auxin and cytokinin levels by GC- and LC-MS/MS will be complemented by histochemical localization of auxin activity via the DR5 auxin reporter. The regulatory role of components will be verified by physiological and pharmacological treatments and in transgenic Petunia with a modified expression of candidate genes.
Das Projekt "Untersuchung der Thylakoidmembran (P-700 und Cytochrom F), der PEP-Carboxylase und der Phytohormone Abscisinsäure und Indol-3-Essigsäure bei Fichten in Open-Top-Kammern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Mainz, Institut für Allgemeine Botanik durchgeführt. Haeufig gehen den sichtbaren Schaedigungssymptomen wie Nadelvergilbung und/oder Nadelverlust bereits Veraenderungen in den Nadeln auf zellulaerer oder biochemisch-physiologischer Ebene voraus. Ziel des Forschungsprojektes war es daher, ueber den Gehalt der Redoxkomponenten P-700 und Cytochrom f Aufschluss ueber Schaeden im Bereich der Photosynthesemembranen zu erhalten und durch den Nachweis einer Steigerung bestimmter Enzymaktivitaeten (PEP-Carboxylase) Rueckschluesse auf umweltbedingte Stresssymptome zu ziehen. Um Veraenderungen unter verschiedenen Umweltbedingungen erfassen zu koennen, wurden je vier symptomfreie Fichten in Open-Top-Kammern mit gereinigter Luft und Umgebungsluft und vier im Freiland stehende Kontrollbaeume miteinander verglichen. Durch Bestimmung des Chlorophyllgehaltes, der Redoxkomponenten P-700 und Cytochrom f, der Enzymaktivitaet der Phosphoenolpyruvat-Carboxylase sowie des Gehaltes an loeslichen Proteinen sollten frueh auftretende stoffwechselpysiologische Veraenderungen erfasst werden. In den Untersuchungen konnten zwei Effekte nachgewiesen werden: 1. Unterschiede, die durch verschiedene Schadbelastungen auftreten; 2. Unterschiede, die durch verschiedene Lichtintensitaeten bedingt sind. Die Verringerung der P-700- und Cytochrom f-Konzentrationen in den zweijaehrigen Nadeln der Kammerfichten in Umgebungsluft verglichen mit den Kammerfichten in Reinluft lassen sich durch erhoehte Schadstoffeintraege erklaeren. Die erhoehten Cytochrom f-Konzentrationen und das geringere P-700/Cytochrom f-Verhaeltnis der Freilandbaeume verglichen mit den in Umgebungsluft stehenden Kammerbaeumen sind auf das in den Kammern reduzierte Lichtangebot zurueckzufuehren. Auf enzymatischer Ebene zeigte die PEPC-Aktivitaet der Kammervarianten je nach Nadelalter ein unterschiedliches Verhalten: bei den einjaehrigen Nadeln, d.h. den Nadeln, die erst kurze Zeit der Schadgasbelastung ausgesetzt waren, fanden sich keine eindeutigen Unterschiede in Abhaengigkeit von der Schadgasbelastung. Dagegen besassen die zweijaehrigen Nadeln der Kammerbaeume in schadgasreicher Umgebungsluft deutlich hoehere PEPC-Aktivitaeten als die Kammerbaeume in Reinluft. Das Enzym PEPC wird somit erst bei laenger andauernder Schadstoffeinwirkung auf die Nadeln beeinflusst. Wahrscheinlich kommt es erst bei laengerer Schadgasbelastung zu einer Veraenderung im Stoffwechsel, welche eine Erhoehung der PEPC-Aktivitaet zur Folge hat. Ein Vergleich der Kammerbaeume in Umgebungsluft mit den Freilandfichten zeigte hoehere PEPC-Aktivitaeten bei den Freilandfichten. Da fuer das Enzym PEPC erhoehte Aktivitaeten bei gesteigerter Lichtintensitaet gefunden wurden, ist die unterschiedliche Lichtintensitaet zwischen Kammerbaeumen und Freilandfichten als Ursache fuer den beobachteten Kammereffekt bei der PEPC-Aktivitaet in Erwaegung zu ziehen. Dies wuerde auch mit den erniedrigten P-700/Cyt f-Verhaeltnissen bei den Freilandfichten gegenueber den Kammerbaeumen in Umgebungsluft in Einklang stehen.
Das Projekt "Apoplasmatische Reaktionen des Amin- und Ethylenstoffwechsels in Abhängigkeit von der Stickstoffernährung und von oxidativem Streß" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz Zentrum München, Institut für Biochemische Pflanzenpathologie durchgeführt. Der Apoplast des Blattes als Schnittstelle zwischen Atmosphäre, Pflanzenzelle und dem Langstrecken-Transportsystem der Pflanze ist an einer Vielzahl zellulärer Reaktionen beteiligt. Diese beinhalten sowohl normale Entwicklungsprozesse als auch Reaktionen auf ungünstige Bedingungen für das Wachstum und das Überleben der Pflanze, z.B. Nährstoffmangel sowie oxidativen Streß durch biotische und abiotische Faktoren. In den vergangenen Jahren sind verschiedene Phytohormone und phenolische Inhaltsstoffe im Apoplasten des Blattes nachgewiesen worden. Der vorliegende Forschungsantrag konzentriert sich auf die Rolle von apoplastisch lokalisierten Teilen des Ethylen- und Salicylsäurestoffwechsels, deren Veränderung Auswirkungen auf Altersvorgänge in Blättern und Früchten sowie auf die Pathogenresistenz besitzt. Die wichtigsten Ziele sind: (1) Nachweis einer enzymatischen Umsetzung von 1-Aminocyclopropan-1-carbonsäure (ACC) zu Ethylen durch apoplastisch lokalisierte ACC Oxidase, (2) Analyse der Rolle von ACC und Salicylsäure als Kurzstrecken-Signalsubstanzen im Blatt, (3) Überprüfung der Lokalisation dieser Reaktionen in Abhängigkeit von der Nähe zu den Leitbahnen, als Beitrag zu der Ermittlung der Mikroheterogenität von Blattapo- plast und Langstrecken-Transportsystem der Pflanze.