Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Halle-Wittenberg, Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften, Professur für Pflanzenzüchtung durchgeführt. Drought stress during grain filling can result in reduced grain filland subsequent loss in grain yield. As part of GABI-GRAIN, this projectaims to identify novel exotic proteins associated with improved droughttolerance during grain filling in barley. To achieve this aim a set ofspring barley introgression lines (S42-ILs) that originate from thecross Scarlett (H. vulgare) x ISR42-8 (H. spontaneum) (Schmalenbach etal. 2008 ) were screened for drought tolerance during grain filling. Intotal 49 S42-ILs and Scarlett as the control genotype were grown in theglasshouse using an automated irrigation system. At 10 days postanthesis (DPA) the irrigation system was set to provide well-wateredand drought stress conditions. Plants were scored for physiologicaltraits including flowering time, grain maturity, biomass, number ofears, grains per ear, thousand grain weight, grain yield and harvestindex. This phenotype data was then used for line by trait associationstudies to identify quantitative trait loci (QTL). This analysisidentified exotic alleles associated with increased and also decreasedplant performance under drought stress. Furthermore, we could alsoconfirm several QTL detected in previous field experiments using thisS42-IL population. To understand the molecular mechanism controllingidentified QTL a proteomics study is underway. From selected droughttolerant S42-ILs and Scarlett that have been grown under well-wateredand drought stress conditions proteins will be extracted from grainsamples collected at 12, 16, 20 and 24 DPA. Differentially expressedproteins will then be detected using quantitative 2D gelelectrophoresis. Identified proteins associated with improved droughttolerance can then potentially be used as diagnostic bio-markers toassist in the selection of higher yielding barley lines under droughtconditions. Furthermore, this research will give a greaterunderstanding of the genetic and biochemical mechanisms that controldrought tolerance in barley.
Das Projekt "Einfluss von Wirkstoffen zur Erhöhung der Trockentoleranz auf Seneszenzprozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Halle-Wittenberg, Institut für Biologie , Mikrobiologie durchgeführt. Reaktionen von Pflanzen auf Trockenstress sind eng verknüpft mit Seneszenzprozessen. Bei Trockenstress wird in den Blättern vorzeitig Seneszenz ausgelöst, die mit einem drastischen Abfall der Photosyntheseleistung und dem Abbau von Ressourcen in den Blättern einhergeht (Nooden et al. 1997, Sanchez et al. 2002). Dies führt zu erheblichen Einbußen im Ertrag und zu Qualitätsverlusten bei Kulturpflanzen. Andererseits konnte gezeigt werden, dass eine Verzögerung von Seneszenzprozessen z.B. durch das Phytohormon Cytokinin die Trockentoleranz drastisch erhöht (Rivero et al. 2007). Interessanterweise lässt sich auch bei einigen bereits bekannten Wirkstoffen, die die Trockentoleranz erhöhen, eine verzögerte Seneszenz nachweisen (z.B. bei Strobilurinen, Beck et al. 2002). Das Verständnis der kausalen Zusammenhänge zwischen Schadwirkungen von Trockenstress, Anpassungsreaktionen toleranter Pflanzen und den Mechanismen der Blattseneszenz auf physiologischer und molekularbiologischer Ebene ist somit ein zentraler Punkt bei der Entwicklung optimaler Strategien zur Steigerung der Trockentoleranz von Kulturpflanzen.
Das Projekt "Molekulare Analyse von Trockentoleranz bei hoeheren Pflanzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung durchgeführt. Zwei Modellsysteme sind entwickelt worden, um molekulare Komponenten zu isolieren, die zur intrazellulaeren Trockentoleranz beitragen: 1) Waehrend bestimmter Stadien der Samenreife wird der Embryo von Getreide trockentolerant, dh er uebersteht einen grossen Wasserverlust, ist aber dennoch lebensfaehig. Es sind Gene isoliert worden, die mit dem Auftreten der Trockentoleranz zeitlich korreliert sind. Eines dieser Gene kodiert wahrscheinlich fuer ein Enzym (Aldose Reduktase), das an einem fuer Pflanzen neuen Stoffwechselweg, der Synthese von Polyalkoholen beteiligt ist. 2) Das zweite Modellsystem ist eine sogenannte Wiederauferstehungspflanze, die als gesamte Pflanze mehr als 90 Prozent ihres internen Wassers verlieren kann, aber bei Wiederbewaesserung innerhalb kurzer Zeit wieder vollphysiologisch aktiv wird. Eine ganze Reihe verschiedener Gene, die mit diesem Phaenomen korreliert sind, sind isoliert worden und bezueglich der entsprechenden Genprodukte charakterisiert worden. Die Genprodukte sind sowohl im Cytoplasma als auch im Chloroplasten lokalisiert. Interessant ist die Beobachtung, dass ein Teil der Genprodukte ubiquitaer auftreten und in reifen Embryos vieler hoeherer Pflanzen in der trockentoleranten Phase der Samenentwicklung zu finden sind. Dieses weist darauf hin, dass ein Teil der Stoffwechselwege, die zur Trockentoleranz fuehren, aehnlich sind in den Blaettern der Wiederauferstehungspflanzen und in den Samen hoeherer Pflanzen.
Das Projekt "Grundlage von Trockentoleranz in hoeheren Pflanzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Botanisches Institut und Botanischer Garten durchgeführt. Das Ziel unserer Untersuchungen ist es, molekulare Mechanismen aufzuklaeren, die zur Trockentoleranz bei hoeheren Pflanzen fuehren. Dazu untersuchen wir als Modellsystem die Wiederauferstehungspflanze C. plantagineum. Diese Pflanze zeichnet sich durch eine extreme Trockentoleranz aus. Wir haben mehrere Gene isoliert, die waehrend des Trockenstresses induziert werden. Es wird untersucht, inwieweit diese Genprodukte zur Trockentoleranz beitragen. Die Gene koennen in drei Gruppen eingeteilt werden: Lea-(late anbryogenesis abundant) Gene, Gene, die fuer Produkte des Kohlenhydratstoffwechsels kodieren, sowie regulatorische Gene.
Das Projekt "Verbesserung der Trockentoleranz von Stärkekartoffeln durch eine markergestützte Selektion in der Kartoffelzüchtung (TROST)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gemeinschaft zur Förderung der privaten deutschen Pflanzenzüchtung e.V. durchgeführt. Die Stärkekartoffelerzeugung ist für Landwirte nur bei stabil hohen Erntemengen und Stärkegehalten ökonomisch. Die starke Witterungsabhängigkeit des Stärkeertrags gefährdet die Ertragsstabilität, insbesondere bei Frühsommertrockenheit, deren Zunahme aktuelle Klimaszenarien für Mitteleuropa prognostizieren. Zusatzbewässerung ist ökologisch und ökonomisch begrenzt. Künftige Stärkekartoffelsorten müssen daher trockentolerant sein. In diesem Projekt sollen molekulare Marker entwickelt werden, mit denen Trockentoleranz prognostiziert werden kann, um die Züchtung trockentoleranter Stärkesorten mit höherer Ertragsstabilität zu beschleunigen. Damit im Exaktversuch identifizierte Marker unter Feldbedingungen in einem breiten Sortenspektrum einsetzbar sind, werden die Marker an Feldproben validiert. Es werden Trockenstressexperimente an vier ausgewählten Sorten bekannter Trockentoleranz durchgeführt, Metabolit- und Transkriptprofile erstellt und Toleranzmarker identifiziert. Die Trockentoleranz von 30 weitere Kartoffelsorten wird in Exakt- und Feldversuchen charakterisiert, um 10 vorwiegend sensitive und 10 vorwiegend tolerante Sorten zu ermitteln. An einer Stichprobe mit 10 sensitiven und 10 toleranten Sorten, die auf mehreren Standorten angebaut werden sollen, werden die Marker validiert, um zu überprüfen, ob die Trockentoleranz korrekt prognostiziert wird.
Das Projekt "Regulationsmechanismen der ABA-regulierten Genexpression bei Trockenstress" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Botanisches Institut und Botanischer Garten durchgeführt. Das Pflanzenhormon Abszisinsäure (ABA) hat eine wichtige Rolle bei der Samenreifung und -keimung sowie bei der Anpassung an abiotische Streßfaktoren. Im Mittelpunkt des beantragten Forschungsprojekts steht die Identifizierung von Intermediärprodukten, die die Genexpression so steuern, daß Pflanzen eine besondere Anpassung an Trockenstreß zeigen. Diese Untersuchungen sollen von der extrem trockentoleranten Pflanze Craterostigma plantagineum ausgehen, die schon eingehend untersucht worden ist im Hinblick auf ABA induzierte Genexpression, die relevant ist für Trockentoleranz. In dem vorgeschlagenen Projekt sollen zwei wesentliche experimentelle Ansätze verfolgt werden: 1. Mit Hilfe des Hefe-Ein-Hybrid Systems sollen neue Faktoren gefunden werden, die mit Promotorelementen interagieren, die für die ABA Induktion relevant sind. 2. Eine mutagenisierte transgene Arabidopsislinie, die einen ABA induzierbaren C. plantagineum Promotor, gekoppelt an Reportergen, enthält, soll zur Suche von regulatorischen Mutanten in der ABA induzierten Genexpressionskaskade benutzt werden. Bei einer Mutation zeigt das Reportergen ein verändertes Expressionsmuster
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