Das Projekt "Der Nadelblatt-Apoplast der Fichte als Lebens- und Reaktionsraum für autotrophe Nitrifizierer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung, Fraunhofer-Institut für Atmosphärische Umweltforschung durchgeführt. Eigene Untersuchungen in einem hohen atmogenen N-Eintrag sowie erhöhten NH3- und NO2-Konzentrationen in der Außenluft ausgesetzten Fichtenwald-Ökosystem zeigen erstmals, dass autotrophe Nitrifizierer einen für diese Mikroorganismen zuvor nicht identifizierten Lebensraum, die Phyllosphäre, wahrscheinlich den Nadelapoplasten, besiedeln. Erste Ergebnisse aus in situ-Begasungsexperimenten von Fichtenzweigen dieses Standorts mit NH3 bzw. mit NH3 plus 10 Pa C2H2 (als Inhibitor der Ammoniak-Monooxygenase: AMO) deuten darauf hin, daß die beobachtete NH3-Aufnahme über die Fichtennadeln nicht allein auf pflanzliche Aktivität zurückgeführt werden kann, sondern das autotrophe Nitrifizierer hierzu wesentlich beitragen. Ziel des Vorhabens ist es, unter Einsatz molekularbiologischer und mikroskopischer Techniken (confokales LSM) zum einen die Besiedlung des Nadel-Apoplasten von Fichten durch autotrophe NH3- und NO2-Oxidierern zu charakterisieren, zum anderen die Aufnahme von atmosphärischem NH3 und NO2 in die Nadelblätter in Abhängigkeit von dieser Besiedlung zu quantifizieren. Zu diesem Zweck sollen an zwei unterschiedlich stark atmogenen N-Einträgen ausgesetzten Fichten-Standorten die Nitrifizierer im Nadel-Apoplasten genau lokalisiert und deren Zellzahlen quantifiziert werden. Diese Daten sollen mit Ergebnissen aus NH3-Gaswechselmessungen korreliert werden, die mit bzw. ohne C2H2 als Inhibitor der AMO durchgeführt werden. Darüber hinaus soll die NH3- sowie NO2-Aufnahme an sterilen bzw. mit Nitrifizierern inokulierten Fichtenjungpflanzen parametrisiert sowie im Rahmen von 15NO3-Nachweis in der apoplastischen Waschflüssigkeit die Nitrifiziereraktivität zusätzlich nachgewiesen werden.
Das Projekt "Regulation der durch Phosphatmangel induzierten Citratabgabe aus Proteoidwurzeln der Weißlupine (Lupinus albus L.)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Fakultät III Agrarwissenschaften I, Institut für Pflanzenernährung durchgeführt. Die Ergebnisse eines vorangegangenen DFG-Projektes lieferten Hinweise darauf, dass die verstärkte Abgabe von Citrat und Protonen unter P-Mangelbedingungen auf einer erhöhten Akkumulation von Citronensäure im Wurzelgewebe beruht. Diese verstärkte Citratakkumulation ist einerseits die Folge einer erhöhten Biosyntheserate, beruht andererseits aber wahrscheinlich auch auf einem durch P-Limitierung der Atmungskette verminderten Citratumsatz im Citratcyklus. Zur Prüfung dieser Hypothese sollen P-Mangel induzierte Veränderungen der am Citratumsatz beteiligten Stoffwechselwege untersucht werden, um so Hinweise auf die an der Regulation beteiligten Schlüsselreaktionen zu erhalten. Im einzelnen sind Messungen der Wurzelatmung, des Pools an Adeninnukleotiden, des Redoxstatus (NADH/NAD-Verhältnis), 14C markierter Intermediärprodukte des Citratstoffwechsels und der an den Umsetzungen beteiligten Enzymaktivitäten, sowie Untersuchungen zur Citratakkumulation nach gezielter Applikation von Respirationshemmstoffen (KCN, SHAM) geplant. Die Wirksamkeit verschiedener Anionenkanalinhibitoren lieferte erste Hinweise, dass die Citratabgabe durch einen Anionenkanal im Plasmalemma erfolgt. Nach Isolierung von Protoplasten aus dem Proteoidwurzelgewebe soll über Patch-Clamp Messungen versucht werden, die Beteiligung eines Anionenkanals direkt nachzuweisen.
Das Projekt "Einfluß von Mangan auf Redoxprozesse im Blattapoplasten und deren Bedeutung für die Mangan-Gewebetoleranz bei Cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp." wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hannover, Fachbereich Gartenbau, Institut für Pflanzenernährung durchgeführt. Die physiologischen Ursachen von Mn-Toxizität und Unterschieden in der Mn-Gewebetoleranz in Abhängigkeit vom Genotyp, Blattalter, Si-Versorgung und Form der N-Ernährung (NO3-N versus NH4-N) sind noch weitgehend ungeklärt. Vorliegende Informationen aus der Literatur und insbesondere die eigenen Vorarbeiten weisen darauf hin, daß die Wirkungen von Mn auf Redoxprozesse im Blattapoplasten entscheidend für Mn-Toxizität und Mn-Toleranz sind. Im Vordergrund des beantragten Vorhabens soll daher die Untersuchung dieses Kompartiments stehen. Bei Cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp.) soll mit Hilfe von histochemischen Methoden überprüft werden, ob ein erhöhtes Mn-Angebot zu einem vermehrten Auftreten von reaktiven Sauerstoffspezies im Zellwandbereich führt. Neben der Bestimmung der antioxidativen Substanzen Ascorbinsäure, Glutathion und a-Tocopherol (Zusammenarbeit mit der AG Noga, Universität Bonn) des Apoplasten und Cytosols, des im Cytoplasma vorliegenden regenerativen Halliwell-Asada-Zyklus (Monodehydroascorbat- und Dehydroascorbat-Reduktase bzw. Glutathion-Reduktase) soll eine Charakterisierung der im Blattapoplasten lokalisierten Enzyme Peroxidase und Superoxid-Dismutase sowie der im Apoplasten vorkommenden Phenole vorgenommen werden, deren Zusammensetzung als mitentscheidend für die physiologischen Ursachen der Mn-Gewebetoleranz angesehen wird. Aufgrund der erwarteten Parallelen zwischen Mn- und Ozon-Toxizität soll vergleichend auch die Mn- bzw. Ozon-Toleranz verschiedener Pflanzenarten in Kooperation mit der AG Langebartels (GSF, Oberschleißheim) untersucht werden. Die Freisetzung von Ethan und Ethen als Indikatoren von Membranperoxidation soll mit Hilfe der hochempfindlichen Technik der Photoakustik in Zusammenarbeit mit der AG Kühnemann (Universität Bonn) bestimmt werden. Es wird erwartet, daß das Vorhaben zur Klärung der physiologischen Ursachen von Mn-Toxizität und Mn-Toleranz beiträgt.
Das Projekt "Der Apoplast mykorrhizierter Wurzeln, Ort der Nährstoffanlieferung und Reaktionsraum für den Nährstofftransfer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Zentrum für Umweltforschung und Umwelttechnologie, Abteilung 2 Angewandte Botanik,Physiologische Pflanzenanatomie durchgeführt. Bei den meisten bestandsbildenden Waldbäumen, aber auch bei krautigen Pflanzen, ist die Mykorrhiza, eine enge Symbiose zwischen Pflanzenwurzeln und Bodenpilzen, von entscheidender Bedeutung für die Nährstoffversorgung. Charakteristische Strukturmerkmale der ektrotrophen Form dieser Symbiose, die im wesentlichen bei holzigen Pflanzen ausgebildet wird, sind die Bildung eines Hyphenmantels, der locker aufgebaut, aber auch sehr komplex ausgestaltet sein kann und die Wurzel vollständig umschließt, und eines Hartig'schen Netzes, das eine apoplastische Stoffaustauschzone mit transferzellartigen Strukturen darstellt. Kontrovers wird die Möglichkeit und Bedeutung der rein apoplastischen Nährstoffanlieferung von der Bodenlösung über den Hyphenmantel an diese Austauschzone diskutiert, wobei deren mögliche Begrenzung eine vollständige Abhängigkeit der Wurzel hinsichtlich der Nährstoffversorgung von ihrem pilzlichen Symbiosepartner bedeutet. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, einerseits die apoplastische Permeabilität des Hyphenmantels bei verschiedenen Mykorrhiza-Assoziationen der Kiefer und Pappel zu untersuchen und zum anderen den Apoplasten im Bereich des Hartig'schen Netzes bezüglich der Nähr- und Schadstoffbereitstellung wie auch des pH-Wertes näher zu charakterisieren, um damit Aussagen über den Beitrag der Mykorrhiza zur Nährstoffversorgung des pflanzlichen Symbiosepartners treffen zu können.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Etablierung der in vitro-Kultivierung unter sterilen Bedingungen und Produktivitätssteigerung durch Smart Sphagnum Breeding" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Biologie II durchgeführt. Die Verwendung von fossilem Torf für Substrate im Erwerbsgartenbau trägt substantiell zur Klimaerwärmung bei (CO2-Emission), führt zu Verlusten an Biodiversität und anderen Moor-Ökosystemdienstleistungen sowie an landwirtschaftlich nutzbarer Fläche. Torfmoos-Biomasse ist die meistversprechende Alternative. Sie kann mit vielfältigen Benefits nachhaltig auf wiedervernässtem, degradiertem Hochmoor kultiviert werden. Diese Paludikultur reduziert CO2-Emissionen, erhält landwirtschaftliche Flächen, erhöht Biodiversität, erhält Arbeitsplätze im ländlichen Raum und stärkt die regionale und nationale Wirtschaft. Die Ziele von 'MOOSzucht' sind Produktivitätssteigerung auf züchterischer Basis, um Torfmoos rentabel anzubauen, und die massenhafte Vermehrung von Torfmoos als Saatgut für die Umsetzung von Torfmooskultivierung im industriellen Maßstab. Das Teilvorhaben ALU zielt darauf, hochproduktive Torfmoose in axenische In vitro Kultur zu bringen (Kultur unter sterilen Bedingungen), um sie durch Polyploidisierung züchterisch bearbeiten zu können (Smart Sphagnum Breeding) und um mit individuell optimierten Wachstumsmedien einen Produktionsprozess in Rührkessel-Photobioreaktoren zu etablieren. Im TV-ALU werden die produktivsten Torfmoose in axenische In vitro-Kultur gebracht, indem Zellen mit Stammzellcharakter durch Oberflächensterilisierung dekontaminiert werden. Nach Regeneration der Torfmoose werden die Kultivare züchterisch bearbeitet, indem durch Protoplastenisolierung und -fusion in der Produktivität gesteigerte polyploide Kultivare erzeugt werden. Für die Massenvermehrung im Photobioreaktor werden geeignete Kulturparameter (Medienzusammensetzung, pH, Temperatur, Licht) entwickelt und die Produktion in 5l-Rührkessel-Photobioreaktoren etabliert. Die Kulturparameter werden in enger Zusammenarbeit mit den Partnern im TV-KIT entwickelt und alle Ergebnisse für die Massenvermehrung im Trickle bed-Reaktor zur Verfügung gestellt.
Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von NORDSAAT Saatzuchtgesellschaft mbH, Zuchtstation Gudow durchgeführt. Hybridsorten gewinnen verstärkt an Bedeutung und leisten einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung und Sicherung von Erträgen und Qualitäten, zur Steigerung der Nährstoff- und Wassernutzungseffizienz und damit der Schonung natürlicher Ressourcen im globalen Wintergerstenanbau. In SpeedBarley wird die genetische Breite der zukünftigen Wintergerste - Sortenentwicklung durch Kreuzungen mit Sommergerste erweitert werden und damit ein signifikanter Fortschritt hinsichtlich der Poolbildung in der Gerstenhybridzüchtung erwirkt. Kartierungspopulationen für die Charakterisierung blühbiologischer Eigenschaften werden erstellt und unter definierten klimatischen Bedingungen getestet, um nachhaltige Erkenntnisse für eine zuverlässige Linien- und Hybridsaatgutproduktion gewinnen zu können. Des Weiteren wird eine innovative Strategie zur beschleunigten Erstellung einer Saateltern-Population entwickelt, die trotz der langjährigen Anwendung der Doppelhaploiden-Produktion (DH) diese Schlüsseltechnologie maßgeblich optimieren wird. Mit Fokus auf die Hybridzüchtung ist die Strategie gekennzeichnet durch den Einsatz der asymmetrischen Protoplastenfusion zwischen H. vulgare und H. bulbosum, anschließend gezielter Kreuzung mit aktuellem Zuchtmaterial und integrierter markergestützter Selektion gleich zu Beginn einer Linienentwicklung im Züchtungsprozess. Aufgrund des zu erwartenden Erkenntnisgewinns auf der genetischen und pflanzenphysiologischen Seite und bei der zukünftigen Anwendung der neuen Strategie wird die wirtschaftliche nationale und internationale Innovationskraft und Wettbewerbsfähigkeit aller beteiligten Wirtschaftspartner nachhaltig gestärkt werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Etablierung neuartiger Methoden zur Überführung von DNA-Material in Rapsmikrosporen/-protoplasten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Saaten-Union Biotec GmbH durchgeführt. Ziel des Projektes ist es cisgene Rapslinien mit modifizierten Brassica napus Genen zu erstellen und erste Untersuchungen zur Ausprägung der Pilzresistenz fest zu stellen. Aus cisgenen Linien sollen doppelhaploide Regenerate erstellt werden. SURL wird modifizierte Gene aus Brassica napus in Raps überführen und aus den cisgenen Linien über Mikrosporenkultur doppelhaploide Linien erstellen. Diese DHs werden vermehrt und die Nachkommenschaften auf ihre Pilzresistenz getestet. Der cisgene Ansatz soll bei vorhandener verbesserter Pilzresistenz als Alternative zum transgenen Ansatz evaluiert und in die Sortenzüchtung eingeführt werden. Eine unmittelbare Verwertung wäre dann über Lizenzvergabe auf Sorten und Linien möglich.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Nutzung der Biodiversität mittels somatischer Hybridisierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung durchgeführt. Das Vorhaben zielt auf die Erzeugung von optimierten Hybridpappeln, die auf Grenzertragsböden schnell wachsendes Holz als nachwachsenden Rohstoff für Bioenergie und Industrieprodukte liefern können. Hierzu werden Pappel/Aspensorten mit guten Wuchseigenschaften, Standortansprüchen und Holzeigenschaften durch somatische Hybridisierung kombiniert. Nach dem Aufbau und der Charakterisierung der Pflanzenkollektion folgt die Optimierung der Protoplastenisolierung und -Kultivierung sowie der Regeneration. Geeignete Spender/Empfänger werden zur Hybridisierung eingesetzt. Die Hybride werden anschließend bezüglich ihrer Eigenschaften analysiert und geeignete Linien werden zur weiteren Bearbeitung vorbereitet. Die Erfolgsaussichten sind sehr gut, da eine Standort/Nutzungskonkurrenz für diverse Energie- und Nahrungspflanzen abzusehen ist und sich Technologien zur Biomasseverwertung weiter entwickeln. Gerade dem Holz wird dabei in Industrie und Privathaushalten großes Potential bescheinigt. Die Partner des Konsortiums und deren Kontakte zu Land- und Forstwirtschaft sowie (verarbeitender) Industrie gewährleisten auch den kommerziellen Erfolg des Vorhabens.
Das Projekt "Biotechnologische und molekulare Methoden zur züchterischen Nutzbarmachung von Bakterienresistenz (Xanthomonas hortorum pv. pelargonii, Ralstonia solanacearum) bei Pelargonien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Elsner pac Jungpflanzen GbR durchgeführt. Xanthomonas hortorum pv. pelargonii und Ralstonia solanacearum sind zwei chemisch nicht bekämpfbare Bakteriosen, die Pelargonien zum Absterben bringen und zu erheblichen finanziellen Einbußen führen können. Mit folgenden Arbeiten sollen resistente Kreuzungspartner gefunden und Kreuzungsbarrieren bei Pelargonien überwunden werden. Erarbeitung einer Resistenzscreening-Methode für Ralstonia, Auffinden von Genotypen mit möglicherweise kombinierter Resistenz gegen beide Erreger, Methodenentwicklung zu Überwindung von Kreuzungsbarieren in vivo oder durch Protoplastenfusion, Identifizierung von Hybriden mittels molekularer Marker. Bis zum Ende des Projektes ist noch nicht mit einer fertigen Sorte zu rechnen, es dürfte aber brauchbares Zuchtmaterial gefunden und geschaffen worden sein, mit dem bei Elsner pac ein Erfolg versprechendes Resistenzzüchtungsprogramm zumindest gegen ein der beiden Erreger aufgebaut werden kann. Die Überwindung von Kreuzungsbarrieren ist auch für andere Fragestellungen (Farben, Blütenformen, Wuchseigenschaften) von grundlegender Bedeutung. So könnten über die Resistenz hinaus auch sonst innovative neue Sorten mit großem Wertschöpfungspotenzial geschaffen werden.
Das Projekt "Neue Aspekte der Salzstress Signalübertragung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Wien, Institut für Mikrobiologie und Genetik durchgeführt. In vielen Regionen der Erde führte intensive Bewässerung und Düngung zur Versalzung der Böden, das zu einem immer größer werdenden Problem für das Wachstum und den Ertrag von Feldfrüchten wird. Deshalb ist die genaue Kenntnis der Signalhierarchien bei Salzstress und deren Einfluss auf Änderungen des Metabolismus von entscheidender Bedeutung. Ausführliche physiologische Studien wurden bereits gemacht, doch die Mechanismen der Signalübertragung sind noch weitgehend unbekannt. Vor kurzem haben wir gefunden, dass MsK4, eine neue Glycogen Synthase Kinase/Shaggy Protein Kinase aus Medicago sativa, an der unmittelbaren Antwort auf Salzstress beteiligt ist. Faszinierender Weise fanden wir, dass die MsK4 Protein Kinase in Plastiden lokalisiert und mit Stärkekörnern assoziiert ist. Wir haben das Homolog aus Arabidopsis isoliert. AtK-1 wird ebenfalls durch Salzstress aktiviert. Um die entscheidenden Prozesse der Salzstress-Signalübertragung und der Anpassung an hohe Salzkonzentrationen aufzudecken, schlagen wir vor: (1) zu untersuchen, ob AtK-1 wesentlich für die richtige Signalübertragung bei Salzstress ist (2) die Funktion von AtK-1 innerhalb des Salzstress-Signalnetzwerkes zu platzieren (3) den 'Cross-talk' mit anderen Signalwegen zu studieren (4) die Dynamik der Lokalisierung von AtK-1 unter normalen und Salzstress-Bedingungen zu bestimmen (5) den möglichen Einfluss der AtK-1 Aktivität auf die Kohlenstoff Verteilung und Stärkezusammensetzung unter unterschiedlichen Umweltbedingungen zu untersuchen. Wir wollen diese Fragen mit einem molekularbiologisch-biochemischen Ansatz mit Hilfe von Arabidopsis Mutanten, die erhöhte, reduzierte oder keine AtK-1 Aktivität zeigen, und mit transienten Protoplasten Expressionsanalysen beantworten.
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