Das Projekt "Teilprojekt Uni Ulm" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Ulm, Institut für Mikrobiologie und Biotechnologie durchgeführt. Die globale Erderwärmung und die Versorgung mit Treibstoffen und Basischemikalien aus fossilen Quellen erfordern die Entwicklung alternativer, nachhaltiger Synthesewege für solche Substanzen. Biotechnologische Verfahren bieten eine Lösung, allerdings nur mit Substanzen, die nicht mit der menschlichen Ernährung konkurrieren. Neben Lignocellulose kommen dafür nur Gase wie CO2 oder CO in Frage. Hier soll CO2 mit Hilfe rekombinanter autotropher acetogener Bakterien in die industriell wichtige Plattformchemikalie 3-Hydroxypropanoat umgewandelt werden. Das ermöglicht eine kostengünstige Herstellung dieser Substanz, für die es keine ökonomisch tragfähige Synthese aus Rohölprodukten gibt, und die Reduktion eines bedeutenden Treibhausgases. Das Gen für Pyruvat-Synthase aus Acetobacterium woodii wird durch PCR amplifiziert und in einen geeigneten Schaukelvektor subkloniert (pJIR750). Zur Expression wird der Promoter des Acetat-Kinase-Gens aus A. woodii verwendet. Dann wird das Gen für Lactat-Dehydrogenase amplifiziert und subkloniert. Als Wirt für dieses Gen dient z.B. Clostridium acetobutylicum. Das dritte Gen kodiert eine Coenzym A-Transferase (Katalyse der Reaktionen: Lactat in Lactyl-CoA und 3-Hydroxypropanoyl-CoA in 3-Hydroxypropanoat). Als Wirt dient Megasphaera elsdenii. Es folgen Amplifikation und Subklonierung. Das vierte Gen kodiert eine Lactyl-CoA-Hydratase (Katalyse der Reaktion: Lactyl-CoA in Acrylyl-CoA). Als Wirt dient M. elsdenii. Es folgen Amplifikation und Subklonierung. Das fünfte Gen kodiert eine Acrylyl-CoA-Hydratase (Katalyse der Reaktion: Acrylyl-CoA in 3-Hydroxypropanoyl-CoA). Als Wirt dient Chloroflexus aurantiacus. Es folgen Amplifikation und Subklonierung. Analoge Gene werden auch aus C. propionicum, C. homopropionicum und C. neopropionicum kloniert und analysiert, um möglicherweise Patente zu generieren. Zum Schluss erfolgen Optimierung von Operon-Struktur und -Expression sowie Produktionstest in Laborkulturen und Kleinfermentern.
Das Projekt "Teilprojekt KIT" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik, Bereich II: Technische Biologie durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer neuen mikrobiologischen Methode zur nachhaltigen, kosten-effektiven und umweltfreundlichen Produktion von Wasserstoff aus Industrie-Abgasen und Synthesegasen ohne vorherige Entfernung von Rest-Sauerstoff. Anaerobe, thermophile, CO-oxidierende Mikroorganismen können mit der Wasser-Gas-Shift-Reaktion, CO aus Synthesegas und Industrie-Abgasen in H2 umwandeln. Sie nutzen hierzu den Enzymkomplex aus einer CO-Dehydrogenase und einer Energie-konvertierenden-Hydrogenase (ECH). Mit Hilfe genomischer Analysen konnte die Anwesenheit einer ECH in dem aeroben thermophilen Geobacillus thermoglucosidans nachgewiesen werden und unsere Vorversuche zeigten, dass dieses Bakterium tatsächlich auch unter aeroben Bedingungen CO zu Wasserstoff umwandeln kann. Daher könnte sich dieser Stamm für einen Prozess zur kommerziellen H2-Produktion aus Industrie-Abgasen ohne vorherige Entfernung von Rest-Sauerstoff eignen. Zunächst soll das Wachstums und die H2-Produktion verschiedener Stämme von G. thermoglucosidans charakterisiert und auf die H2-Bildung hin in Fermentationen von 250 ml bis 15 L optimiert werden. Der optimale Stamm soll genetisch charakterisiert und die CODH- und ECH-Gene hinter einen starken Promoter kloniert werden, um die Expression zu optimieren. Die biochemischen Eigenschaften und die Expression des CODH-ECH-Enzym-Komplexes sollen unter verschiedenen Wachstumsbedingungen charakterisiert werden. Die in diesem Stamm vorhandenen Mikrokompartimente sollen aufgereinigt und in Bezug auf die H2-Bildungsfähigkeit hin untersucht werden. Die Proteinreinigung muss wegen des wahrscheinlich O2-empfindlichen CODH-ECH-Enzym-Komplexes unter anaeroben Bedingungen erfolgen. Andere O2-empfindliche Enzyme sollen in den Mikrokompartimenten exprimiert werden. Abschließend soll der genetisch optimierte Stamm unter optimierten Fermentationsbedingungen im großen Maßstab fermentiert werden und der Gasverbrauch sowie die Ausbeute bestimmt werden.
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 "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Miltenyi Biotec GmbH, Niederlassung Teterow durchgeführt. Gegenstand dieses Verbundprojektes ist es, neue, verbesserte Expressionssysteme zur industriellen Anwendung auf Basis des Gram-positiven Bakteriums Bacillus subtilis und darauf abgestimmte Fermentationsverfahren zu entwickeln. n diesem Teilprojekt steht die Optimierung eines Glukose/Acetoin-regulierten (acoA) -Expressionssystems im Mittelpunkt. Es ist vorgesehen, die Gene als SD, die für die Acetoinsynthese zuständig sind, auszuschalten. Es soll weiter geprüft werden, ob eine Kopiezahlerhöhung des SigL-Gens eine verstärkte Expression des SigmaL-abhängigen acoA-Promotors erlaubt. Des Weiteren soll eine optimale Balance zwischen der Kopienzahl des acoR-Gens und Kopiezahl des Expressionssystems gefunden werden, um eine Limitation des dieses positiven Regulators zu vermeiden. Weiterhin soll die Aktivität des acoA-Expressionssystems in Sporulations-defizienten B. subtilis Mutanten untersucht werden. Um eine möglichst hohe Proteinsyntheseleistung zu realisieren soll die Klonierung und Expression der Schlüsselgene für die Isocitratlyase und die Malatsynthase des B. licheniformis Glyoxylatzyklus in B. subtilis geprüft werden. Schließlich soll eine geeignete Fed-batch-Fermentationsstrategie für dieses Expressionssytem entwickelt werden. Die im Rahmen dieses Teilprojektes entwickelten B. subtilis Expressionssysteme und Fermentationsstrategien werden durch die MiltenyiBiotec GmbH in einem vorindustriellen Maßstab getestet. Die durch den Projektpartner EMAU etablierten Expressionsvektoren und -Stämme werden durch Miltenyi genutzt, um für Enzymproduktionsprozesse geeignete Fermentationsverfahren zu entwickeln. Insbesondere für Enzyme, die sich in den Standard E. coli Systemen nicht, oder nur unlöslich, exprimieren lassen werden alternative Systeme gesucht.
Das Projekt "Potential new enzymes in plant NO biosynthesis" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Zierpflanzen- und Gehölzwissenschaften, Abteilung Zierpflanzenbau durchgeführt. This project aims at identifying the source enzyme(s) of polyamine-induced nitric oxide (NO). Polyamine-induced NO synthesis was discovered in the lab of the PI and is unprecedented. In contrast to published information about plant NO synthesizing enzymes, exogenous arginine is less effective than polyamines (putrescine, spermine, spermidine) in inducing rapid NO biosynthesis. As polyamine induction of NO synthesis is very rapid this indicates that perhaps known enzymes of plant NO biosynthesis or a new enzyme group for NO biosynthesis use polyamines as a substrate. The search will encompass the known AtNOS gene family and the polyamine oxidase gene family. The protein identified will be recombinantly purified and tested as a NO synthase and expressed under a chemically controlled promoter in Arabidopsis so that changes in NO biosynthesis and phenotype can be demonstrated. As polyamines have a wide-spread physiological significance in plants the project will give a new foundation to polyamine biology in plants.
Das Projekt "Kontrolle des Blühzeitpunktes durch Trehalose-6-Phosphat" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie durchgeführt. Im Lebenszyklus einer Pflanze ist die Blühinduktion von zentraler Bedeutung. Gerade wegen seiner Wichtigkeit steht das Blühen unter der Kontrolle eines komplexen genetischen Netzwerkes, das endogene Signale (Hormone, Kohlenhydrate, Alter) und Umweltsignale (Temperatur, Tageslänge) miteinschließt. Unter induktiven Tageslängen wird das Schlüsselgen der Blühinduktion FLOWERING LOCUS T (FT) in der Vaskulatur der Blättern induziert und löst als Langstreckensignal im Apikalmeristem die Blütenbildung aus. Vom Dissacharid Trehalose-6-Phosphat konnte gezeigt werden, dass es in der Koordination von Kohlenhydratstatus und Entwicklungsprozessen als Signalmolekül fungiert. Arabidopsis thaliana Pflanzen, denen das TREHALOSE 6-PHOSPHAT SYNTHASE1 (TPS1) Gen fehlt, blühen außerordentlich spät. Kürzlich konnten wir zeigen, dass der TPS1/T6P-Signalweg die Expression verschiedener Blühzeitpunkt-regulierender Gene kontrolliert. In der Vaskulatur des Blattes ist das T6P/TPS1 Signal zur Induktion von FT unabdingbar, wohingegen im Sproßapikalmeristem MIR156 und dessen Zieltranskripte der SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN LIKE (SPL)-Gene das Ziel des T6P/TPS1 Signals darstellen. Gemeinsam stellen die umweltabhängigen (photoperiodischen) und physiologischen (T6P/TPS1) Signale sicher, dass das Blühen nur unter optimalen Bedingungen eingeleitet wird, das heißt wenn die Tageslänge eine Mindestlänge überschreitet und der Kohlenhydrathaushalt die energieaufwändige Blühinduktion und die Produktion von Samen gewährleisten kann. Dennoch bleiben viele Fragen die Funktion des T6P/TPS1 Signals betreffend offen. In diesem Antrag schlagen wir eine Serie von Experimenten vor, mit dem Ziel das T6P/TPS1 Signal besser in die Signalwege der Blühzeitpunktregulation einzubinden. Aus unseren Vorarbeiten ergibt sich, dass der T6P/TPS1-Signalweg das Blühen teilweise durch die Zellzyklus-abhängige Modulation der Stammzellanzahl im Meristem reguliert - ein zuvor unerforschter Aspekt, den wir weiter untersuchen werden. Außerdem konnte wir zeigen, dass T6P/TPS1 die Fähigkeit von Pflanzen auf Änderungen der Umgebungstemperatur zu reagieren, ebenso beeinflusst wie die Reaktion auf längere Kälteperioden (Vernalisation). Darauf aufbauend werden wir die Interaktion des T6P/TPS1-Signalweges mit der Temperatur-abhängigen Regulation des Blühens untersuchen. Abgesehen von den oben erwähnten Experimenten, die sich auf bekannte Gene und Signalwege fokussieren, werden neue Komponenten des T6P/TPS1-Signalweges identifiziert werden. Zu diesem Zweck haben wir bereits eine umfassende genetische Sichtung durchgeführt, um Suppressoren des späten Blühens der tps1-Mutante zu identifizieren. Als Teil des Schwerpunktprogramms werden wir die zugrundeliegenden Gene identifizieren, diese umfassend charakterisieren und in den T6P/TPS1-Signalweg integrieren. Zusammenfassend werden die geplanten Experimente wertvolle Hinweise zur Integration des Kohlenhydrathaushalts der Pflanzen in die Signalwege der Blühinduktion liefern.
Das Projekt "Metabolit-Regulation von Cryptochrom 2 Aktivität und Blühzeitpunkt" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Marburg, Fachgebiet Pflanzenphysiologie und Photobiologie, Arbeitsgruppe Molekulare Pflanzenphysiologie und Photobiologie durchgeführt. Der UV-A/Blaulichtrezeptor Cryptochrom 2 (cry2) spielt eine zentrale Rolle bei der photoperiodischen Blühinduktion. Wichtige Komponenten der Signalleitung von cry2 sind mehrere nah verwandte bHLH Transkriptionsfaktoren (CIB1, CIB2, CIB4, CIB5), die Blaulicht-abhängig an cry2 binden, als Heterodimere an nicht-kanonische E-Box Motive in der Promotorregion des FLOWERING LOCUS T (FT) Gens binden und hierdurch die Expression dieses zentralen Blühgens induzieren. Weiterhin interagiert cry2 im Blaulicht mit SPA-Proteinen und inhibiert damit die Aktivität der E3 Ubiquitin Ligase CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENESIS 1 (COP1), die maßgeblich am Abbau des FT-Transkriptionsaktivators CONSTANS (CO) beteiligt ist. Wir haben gezeigt, dass der FAD-Chromophor im signalaktiven Zustand von cry2 in der neutralen Semichinonform vorliegt und die Bildung dieser Form durch Metabolite wie ATP und NADPH verstärkt wird. Gerichte und strukturbasierte Mutagenese von CRY2 lieferte Hinweise darauf, welche Aminosäuren für die Metabolit-Kontrolle erforderlich sind. Diese Information soll genutzt werden, um die Rolle dieser Metabolite bei der photoperiodischen Blühinduktion aufzuklären. Geplant ist hierfür die Expression entsprechender cry2 Allele in planta und die Analyse der generierten Pflanzenlinien hinsichtlich Blühverhalten, FT-Expression und Interaktion mit down-stream Komponenten. Diese Untersuchungen sollen durch in vitro Studien mit rekombinanten Proteinen komplettiert werden. Im Gegensatz zum Wildtyp Allel von cry1 induziert die cry1L407F Mutante gesteigerte Expression von CO und FT sowie frühes Blühen im Kurztag. In vitro Analysen zeigten ein tryptisches Spaltmuster von cry1L407F im Dunkeln, welches dem von Wildtyp cry1 im Blaulicht entspricht. Das geplante Vorhaben soll klären, ob cry1L407F die gleichen Komponenten wie cry2 für die Induktion von FT nutzt. Hierfür sind Analysen der cry1L407F Mutante im cib1/cib2/cib5 Hintergrund sowie Interaktionsstudien mit cry2 Partnern geplant. Direkte Zusammenarbeiten ergeben sich mit den Vorhaben von Christian Jung (Blühkontrolle bei Beta vulgaris) und Markus Schmid (Regulation des Blühzeitpunkts durch Trehalose-6-P).
Das Projekt "Activation tagging in aspen using an inducible two component Ac/Ds-enhancer element system" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johann Heinrich von Thünen-Institut, Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei, Institut für Forstgenetik durchgeführt. Based on the Ac/Ds two element transposition system from maize an activation tagging approach is suggested for the hybrid aspen (Populus tremula x tremuloides) line -Esch5-. The proposed approach is based on results obtained from our earlier work on the genetic transfer of the maize transposable element Ac and its functional analysis in hybrid and pure aspen lines. It was shown that the Ac element is active in aspen and reintegrates elsewhere in genomic regions in high frequency. However, a two element transposon tagging system where Ac and Ds are put together in crosses is not feasible in trees due to the in part long vegetative phases. To overcome this barrier, an inducible two element Ac/ATDs element system is suggested to induce activation tagged variants following two independent transformation steps. In combination with a 35S enhancer tetramer and outward facing two CaMV 35S promoter located near both ends of the ATDs element, expression of genes can be elevated which are located adjacent to the new integration site of the element. As selective marker for ATDs transposition, both knocking-out the expression of a phenotypic marker (rolC gene) and a negative selection marker gene (tms) are considered. Thus, the transposition can easily be screened in primary transgenic lines.
Das Projekt "Natural variation of flowering time due to cis-regulatory evolution of FLOWERING LOCUS T and its orthologs and paralogs in Brassica napus" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung, Abteilung Entwicklungsbiologie der Pflanzen durchgeführt. In many plant species, FLOWERING LOCUS T and related proteins are the mobile signal that communicates information on photoperiod from the leaves to the shoots, where the transition to flowering is realized. FT expression is tightly controlled at the transcriptional level so that it is restricted to leaves, occurs only in appropriate photoperiods, and integrates ambient temperature and developmental cues, as well as information on biotic and abiotic stress. We previously established that FT transcription in the model plant Arabidopsis thaliana requires proximal promoter cis-elements and a distal enhancer, both evolutionary conserved among Brassicacea species. In addition, FT transcription is blocked prior vernalization in biannual accessions and vernalization-dependency of FT is controlled through a CArG-box located in the first intron that binds the transcriptional repressor FLOWERING LOCUS C (FLC). Chromatin-mediated repression by the Polycomb Group (PcG) pathway is required for photoperiod-dependent FT regulation and participates in FT expression level modulation in response to other cues.In this project, I propose to explore the available sequence data from the 1001 genome project in Arabidopsis to evaluate how often changes in regulatory cis-elements at FT have occurred and how these translate into an adaptive value. Allele-specific FT expression pattern will be measured in F1 hybrids of different accessions in response to varying environmental conditions. FT alleles that show cis-regulatory variation will be further analyzed to pinpoint the causal regulatory changes and study their effect in more detail. The allotetrapolyploid species Brassica napus is a hybrid of two Brassiceae species belonging to the A- and C-type genome, which are in turn mesopolyploid due to a genome triplication that occurred ca. 10x106 years ago. We will determine allele-specific expression of FT paralogs from both genomes of a collection of B. napus accessions. The plants will be grown in the field in changing environmental conditions to maximize the chance to detect expression variation of the paralogs. We will compare the contribution of the founder genomes to the regulation of flowering time and asses variation in this contribution. A particular focus will be to study the impact of chromatin-mediated repression on allele selection in B. napus.
Das Projekt "Gezielte Veränderung des Gehalts- und der Qualität von Speicherproteinen in Körnerleguminosen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung durchgeführt. Leguminosen sind nach den Getreiden die wichtigsten Kulturpflanzen. Sie bilden die größte pflanzliche Proteinquelle. Die Fortschritte der letzten Jahre in unserer und anderen Arbeitsgruppen haben einen guten Einblick in die molekulare Physiologie der Samenentwicklung der Leguminosen und damit Hinweise gegeben, wie die Akkumulation von Speicherprotein reguliert ist. Gleichzeitig sind Transformationstechniken für Vicia spp. und Erbse sowie die entsprechenden Gene und Promotoren verfügbar geworden. In diesem Vorhaben sollen in Körnerleguminosen Speicherproteingehalt und Qualität durch gentechnische Mittel gezielt verändert werden. Es ist geplant, transgene Modelle zu nutzen, in denen, i) der Stärkebiosyntheseweg herunterreguliert ist, ii) der Aminosäuretransport in den Samen und die Aminosäuresynthese im Samen stimuliert ist, und iii) die Verteilung von Kohlenstoff zugunsten der Aminosäurebiosynthese erhöht ist. Zwei transgene Modelle stehen bereits zur Verfügung, AGP-antisense und Aspartatkinase überexprimierende Vicia narbonensis, weitere sind in Bearbeitung. Die transgen-induzierten molekular-physiologischen Prozesse und Zusammenhänge sollen untersucht werden. Weiterhin ist beabsichtigt, transgene Pflanzen zu kreuzen, die in verschiedenen Stoffwechselwegen verändert sind, um mögliche synergistische Effekte zu erzielen.
| Origin | Count |
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| Bund | 34 |
| Type | Count |
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| Förderprogramm | 34 |
| License | Count |
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| open | 34 |
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|---|---|
| Deutsch | 34 |
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| Boden | 19 |
| Lebewesen & Lebensräume | 33 |
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