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Experimentelle Anwendung und Erweiterung von Werkzeugen zur prädiktiven Züchtung in Kartoffel, Teilvorhaben 4: Materialentwicklung, Feldversuchsdurchführung und Implementierung sensorgestützter Phänotypisierungsmethoden (BNA)

Kartoffelstärke kann sehr vielseitig eingesetzt werden und ist ein wichtiger Baustein der Nationalen Bioökonomie-Strategie Deutschlands. Im Vergleich zu überwiegend monogen vererbten Merkmalen wie manchen Krankheitsresistenzen sind quantitative Merkmale wie der Knollen- oder Stärkeertrag züchterisch schwieriger zu bearbeiten. Autotetraploidie, geringer Vermehrungskoeffizient und eine Vielzahl relevanter Selektionsmerkmale mindern den Zuchtfortschritt in quantitativen Merkmalen bei Kartoffeln zusätzlich. Verfahren der prädiktiven Züchtung wie genomische Selektion versprechen daher einen großen Nutzen in der Kartoffelzüchtung. In der vorausgegangenen Projektphase (PotatoTools) wurden genomische und statistische Werkzeuge zur prädiktiven Stärkekartoffelzüchtung aber auch erste Vorhersagemodelle entwickelt. Das Hauptziel des vorliegenden Vorhabens ist es nun, unter Nutzung der bereits entwickelten genomischen Ressourcen wesentliche Fragen zum Einsatz prädiktiver Verfahren in der Kartoffelzüchtung zu beantworten. Im Detail planen wir die (i) Erhöhung der Repräsentativität des Sets an strukturellen Genomvarianten durch Erweiterung des Resequenzierungspanels, (ii) Abschätzung der Genauigkeit der Leistungsvorhersage über Materialgruppen unterschiedlichen Verwandtschaftsgrads hinweg sowie der Genauigkeit der Vorhersage von Populationsmittel und Spaltungsvarianz, (iii) Evaluation der Vorhersagegenauigkeit von spektroskopisch erfassten Prädiktoren vgl. zu molekulargenetischen Prädiktoren und (iv) Optimierung von Kartoffelzüchtungsprogrammen hinsichtlich des genutzten Züchtungsschemas und der idealen Balance zwischen kurz- und langfristigem Selektionsgewinn. Mit dem in diesem Projekt gewonnen Wissen wird die prädiktive Züchtung für quantitativ vererbte Merkmale der Kartoffel weiter verbessert sowie für den routinemäßigen Einsatz vorbereitet werden.

Geflügelte Geister der Ozeane: die globale räumliche Ökologie und Schutz der kleinsten und schwer erfassbaren Seevögel der Welt, der Sturmschwalben (Hydrobatidae & Oceanitidae), im Mittelmeer und im Nordostatlantik

Bei den globalen Veränderungen und deren Mitigation durch Umstellung auf erneuerbare Energiequellen (z. B. Offshore-Wind- und Solarparks) müssen nachteilige Auswirkungen auf die Lebensräume im Meer besser erkannt und vermieden werden. So hat die internationale Fischereipolitik in letzter Zeit der marinen Aquakultur Vorrang eingeräumt, um die globale Nahrungsmittel- und Ernährungssicherheit vieler Staaten zu gewährleisten, ohne deren tatsächliche Auswirkungen auf die Meeresumwelt zu kennen. Das Verständnis der räumlichen Ökologie freilebender Tiere, einschließlich ihrer Verbreitung, Bewegungen und Wanderungen, ihrer Phänologie und ihrer Ernährung, führt zu einer besseren Bewirtschaftung und Erhaltung. So können beispielsweise Bemühungen zur Erhaltung wandernder Populationen, die sich ausschließlich auf Brutgebiete konzentrieren, diese Populationen nicht vor Bedrohungen entlang der Wanderrouten oder in Nicht-Brutgebieten schützen. Tierbewegungen und Wanderungen sind auch deshalb wichtig, weil sie das Verhalten, die Lebensweise und sogar die Anatomie vieler Arten beeinflussen. Darüber hinaus kann sich das Wander- und Ernährungsverhalten innerhalb und zwischen den Arten und Populationen unterscheiden. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, die auf jeder dieser Ebenen genutzten Routen und Nichtbrutgebiete zu ermitteln, zumal sie auch mit unterschiedlichen Bedrohungen verbunden sein können. Darüber hinaus kann die Untersuchung verschiedener Populationen auch dazu beitragen, zu verstehen, ob die räumliche Ökologie der Art durch genetischen und/oder Umweltvariablen bestimmt wird. Eine Möglichkeit, die Bewegungen und die Verteilung außerhalb der Fortpflanzungszeit bei wandernden Arten zu bestimmen, und zwar neuerdings auch bei den kleinsten Arten, ist der Einsatz von Geolokatoren auf Lichtniveau. Darüber hinaus können feinräumige Bewegungen mit dem kleinsten GPS-Gerät von nur 0,95 g verfolgt werden. Sturmschwalben (Familien Hydrobatidae und Oceanitidae) sind die kleinsten Seevögel und für die Forscher normalerweise nur zugänglich, wenn sie während der Brutzeit in den Kolonien an Land sind. Daher ist es besonders schwierig, sie außerhalb dieses Zeitraums zu untersuchen, wenn sie sich irgendwo auf dem Meer aufhalten und während dieser Zeit wandern und normalerweise ihr Gefieder mausern. Von den meisten Arten ist bekannt, dass sie sich während der Brutzeit bevorzugt von Ichthyoplankton und Zooplankton ernähren, und oft wird diese Beute zusammen mit einem relevanten Anteil an Mikroplastik verzehrt. Obwohl die Interaktion von Sturmschwalben mit anthropogenen Offshore-Aktivitäten teilweise untersucht wurde, zielt der vorliegende Vorschlag darauf ab, wichtige Erkenntnisse über die globale räumliche Ökologie dieser wenig erforschten Taxa zu sammeln und dazu beizutragen, Wissenslücken in Bezug auf die biologische Vielfalt der Meere und die anthropogenen Einflüsse auf sie entlang der europäischen Meere zu bewerten.

Charakterisierung des Virulenzspektrums von Fusarium spp. zur Züchtung klimaangepasster Erbsensorten, Teilprojekt A

Das Ziel ist leistungsstarke und ertragsstabile Erbsensorten mithilfe des Ansatzes vom Speed-breeding zu entwickeln, welcher eine höhere Selektionsintensität pro Jahr erlaubt und somit deutlich den Zuchtfortschritt beschleunigt. Die Ertragssicherheit soll dabei durch die Resistenz gegenüber Fusarium spp. wesentlich verbessert werden. Hierzu ist zu Beginn des Projektes eine umfassende Charakterisierung des Virulenzspektrums von Fusarium spp. in den bedeutenden Anbaugebieten geplant, um Inokulationslösungen für Resistenztests erstellen zu können und um Pflanzmaterial bedarfsgerecht auf Rassen von Fusarium spp. zu prüfen. Gleichzeitig sollen nach Wildakzessionen in internationalen Genbanken gesucht werden, um passende Resistenzen für das aktuelle Virulenzspektrum zu identifizieren, welche in leistungsstarkes Elitematerial übertragen werden soll. Für den Resistenztest in der Klimakammer soll ein Phänotypisierungs-Protokoll mithilfe von bereits verfügbaren Inokulationslösungen und Pflanzmaterial für einen Fusarium spp. Befall erarbeitet werden, welche eine effiziente Hochdurchsatz-Phänotypisierung erlaubt. Weiterhin sollen die Nachkommen aufspaltender Populationen hinsichtlich agronomischer Merkmale phänotypisiert und nach Abschluss der Charakterisierung des Virulenzspektrums von Fusarium spp. auf Fusarium Resistenz geprüft und selektiert werden. Selektierte Linien sollen schließlich bis zur F9 weiterentwickelt und im letzten Projektjahr im Freiland geprüft werden, um dort finale leistungsstarke und resistente Sortenkandidaten identifizieren zu können. Um künftig auf die aufwendigen Resistenztests verzichten zu können, sollen Marker für die identifizierten Resistenzen entwickelt werden. Anschließend sollen die anhand von Markerbsen erarbeiteten Ergebnisse auf Futter- und Amyloseerbsen übertragen werden. Dadurch werden weitere züchterische Perspektiven für die effektive Verbesserung dieser ebenfalls wirtschaftlich bedeutenden Kulturen eröffnet und Absatzmärkte erschlossn

Untersuchungen zur züchterischen Verbesserung der Standfestigkeit bei Dinkel

Dinkel zeichnet sich ursprünglich durch einen langen Halm aus, was häufig zu hoher Lageranfälligkeit führte. Der Dinkelanbau wird im Wesentlichen im ökologischen Landbau betrieben, wo der Einsatz von Wachstumsreglern untersagt ist. So ist in der Dinkelzüchtung die Verbesserung der Standfestigkeit das vorrangige Zuchtziel. Die Standfestigkeit lässt sich einerseits durch Einlagerung von rht-(Zwerg-)Genen aus dem Weichweizenbereich verbessern. Die entstehenden kurzstrohigen und stabilen Linien sind jedoch durch höhere Krankheitsanfälligkeit sowie unerwünschte morphologische und qualitative Weizencharakteristica gekennzeichnet. Bei der Evaluierung umfangreicher Genbanksortimente andrerseits wurden standfeste dinkeltypische Genotypen mit längerem Stroh gefunden diese entsprachen jedoch nicht den Ertragserwartungen. Die bisher in umfangreichen Rückkreuzungsprogrammen entwickelten Zuchtstämme kommen dem Zuchtziel eines längeren und standfesten Halms mit typischem Dinkelcharakter näher, jedoch sind Krankheitsresistenz und Ertragspotential noch zu verbessern. Aus dem Programm wurden in Deutschland die Sorten CERALIO und SCHWABENSPELZ zugelassen.

Bedeutung der Eigenleistung primärer Triticale in der praktischen Züchtung

Es ist nach wie vor umstritten, inwieweit primäre Triticale generell und speziell ihre Eigenleistung bei der Kreuzung mit sekundären Triticale von Bedeutung ist. Aus primären Triticale unterschiedlicher Eigenleistung wurden faktorielle Kreuzungen mit Sorten erstellt. Diese werden über viele Generationen einmal als in Isolierung angebaute und unselektierte Ramsche weitergeführt. Zum anderen werden aus verschiedenen Generationen durch Selbstung Linien entwickelt. Ein Vergleich der beiden Methoden in mehreren Generationen kann Aufschluss über die Stabilisierung von solchen Kreuzungen, über die Kombinationsfähigkeit primärer Triticale und über die Leistung und genetische Variation in den Nachkommen geben.

Molekulare Charakterisierung des Ren3 Locus der Resistenz gegen Erysiphe necator (den Echten Mehltau) aus der Rebsorte 'Regent'

Dieses Projekt hat zum Ziel, die Mechanismen der Resistenz gegen den Echten Mehltau (E. necator) aufzuklären, die am Haupt-QTL Locus Ren3 auf Chromosom 15 von Regent kodiert sind.Zur Sequenzanalyse des Locus müssen vorhandene genomische Teilsequenzen aus der Region weiter assembliert werden. Die resultierenden Contigs sind durch PCR Verfahren zu überprüfen. Das Schließen noch bestehender Lücken durch long range PCR ist anzustreben. Bioinformatorische Analysen (Ermittlung kodierender Bereiche, Datenbankabgleiche) werden in den Sequenzen positionelle Kandidatengene für die Resistenz identifizieren. Diese Kandidatengene werden auf ihre funktionelle Bedeutung hin untersucht. Dazu dienen Genexpressionsanalysen an resistenten und anfälligen Reben im Zusammenhang mit mikroskopischen Beobachtungen der Wirt/Pathogeninteraktion in frühen Stadien der pflanzlichen Abwehr.Vergleichende Diversitätsstudien der Kandidatengene an einem umfangreichen Probensatz resistenter und anfälliger Reben werden Sequenzvarianten und Einzelnukleotidaustausche (single nucleotide polymorphisms, SNPs) aufzeigen. Diese werden durch QTL Analyse und Assoziationsgenetik auf ihre Korrelation mit der Resistenzausprägung hin untersucht, womit zusätzliche Hinweise auf ihre funktionelle Bedeutung erhalten werden. Letztendlich ist ein Modell der erfolgreichen Abwehr bei Regent zu entwickeln. Wichtige Kandidatengene aus diesen Arbeiten sind durch Transformation in anfällige Rebsorten einzuführen und schließlich durch Test der transgenen Reben in ihrer Funktion zu validieren.Mit diesem Projekt und der Erarbeitung der Resistenzmechanismen wird eine Grundlage zur verbesserten züchterischen Nutzung der Resistenzloci in der Kombinationszüchtung für pyramidisierte, nachhaltige Resistenz geschaffen. Eng Merkmals-korrelierende (SNP) Marker werden erarbeitet, die in der Marker-gestützten Züchtung im Hochdurchsatz angewandt werden können.

Experimentelle Anwendung und Erweiterung von Werkzeugen zur prädiktiven Züchtung in Kartoffel

Kartoffelstärke kann sehr vielseitig eingesetzt werden und ist ein wichtiger Baustein der Nationalen Bioökonomie-Strategie Deutschlands. Im Vergleich zu überwiegend monogen vererbten Merkmalen wie manchen Krankheitsresistenzen sind quantitative Merkmale wie der Knollen- oder Stärkeertrag züchterisch schwieriger zu bearbeiten. Autotetraploidie, geringer Vermehrungskoeffizient und eine Vielzahl relevanter Selektionsmerkmale mindern den Zuchtfortschritt in quantitativen Merkmalen bei Kartoffeln zusätzlich. Verfahren der prädiktiven Züchtung wie genomische Selektion versprechen daher einen großen Nutzen in der Kartoffelzüchtung. In der vorausgegangenen Projektphase (PotatoTools) wurden genomische und statistische Werkzeuge zur prädiktiven Stärkekartoffelzüchtung aber auch erste Vorhersagemodelle entwickelt. Das Hauptziel des vorliegenden Vorhabens ist es nun, unter Nutzung der bereits entwickelten genomischen Ressourcen wesentliche Fragen zum Einsatz prädiktiver Verfahren in der Kartoffelzüchtung zu beantworten. Im Detail planen wir die (i) Erhöhung der Repräsentativität des Sets an strukturellen Genomvarianten durch Erweiterung des Resequenzierungspanels, (ii) Abschätzung der Genauigkeit der Leistungsvorhersage über Materialgruppen unterschiedlichen Verwandtschaftsgrads hinweg sowie der Genauigkeit der Vorhersage von Populationsmittel und Spaltungsvarianz, (iii) Evaluation der Vorhersagegenauigkeit von spektroskopisch erfassten Prädiktoren vgl. zu molekulargenetischen Prädiktoren und (iv) Optimierung von Kartoffelzüchtungsprogrammen hinsichtlich des genutzten Züchtungsschemas und der idealen Balance zwischen kurz- und langfristigem Selektionsgewinn. Mit dem in diesem Projekt gewonnen Wissen wird die prädiktive Züchtung für quantitativ vererbte Merkmale der Kartoffel weiter verbessert sowie für den routinemäßigen Einsatz vorbereitet werden.

Experimentelle Anwendung und Erweiterung von Werkzeugen zur prädiktiven Züchtung in Kartoffel, Teilvorhaben 1: Genomische Diversität und Zuchtmethodik

Kartoffelstärke kann sehr vielseitig eingesetzt werden und ist ein wichtiger Baustein der Nationalen Bioökonomie-Strategie Deutschlands. Im Vergleich zu überwiegend monogen vererbten Merkmalen wie manchen Krankheitsresistenzen sind quantitative Merkmale wie der Knollen- oder Stärkeertrag züchterisch schwieriger zu bearbeiten. Autotetraploidie, geringer Vermehrungskoeffizient und eine Vielzahl relevanter Selektionsmerkmale mindern den Zuchtfortschritt in quantitativen Merkmalen bei Kartoffeln zusätzlich. Verfahren der prädiktiven Züchtung wie genomische Selektion versprechen daher einen großen Nutzen in der Kartoffelzüchtung. In der vorausgegangenen Projektphase (PotatoTools) wurden genomische und statistische Werkzeuge zur prädiktiven Stärkekartoffelzüchtung aber auch erste Vorhersagemodelle entwickelt. Das Hauptziel des vorliegenden Vorhabens ist es nun, unter Nutzung der bereits entwickelten genomischen Ressourcen wesentliche Fragen zum Einsatz prädiktiver Verfahren in der Kartoffelzüchtung zu beantworten. Im Detail planen wir die (i) Erhöhung der Repräsentativität des Sets an strukturellen Genomvarianten durch Erweiterung des Resequenzierungspanels, (ii) Abschätzung der Genauigkeit der Leistungsvorhersage über Materialgruppen unterschiedlichen Verwandtschaftsgrads hinweg sowie der Genauigkeit der Vorhersage von Populationsmittel und Spaltungsvarianz, (iii) Evaluation der Vorhersagegenauigkeit von spektroskopisch erfassten Prädiktoren vgl. zu molekulargenetischen Prädiktoren und (iv) Optimierung von Kartoffelzüchtungsprogrammen hinsichtlich des genutzten Züchtungsschemas und der idealen Balance zwischen kurz- und langfristigem Selektionsgewinn. Mit dem in diesem Projekt gewonnen Wissen wird die prädiktive Züchtung für quantitativ vererbte Merkmale der Kartoffel weiter verbessert sowie für den routinemäßigen Einsatz vorbereitet werden.

Wurzelarchitektur- und Wurzelplastizitätsmerkmale für stickstoffeffiziente und trockenstressresiliente Gerstensorten, Teilprojekt A

Stickstoff- (N) und Wassernutzungseffizienz spielen eine Schlüsselrolle bei der Stabilisierung der Erträge unter den Herausforderungen des Klimawandels und einer restriktiveren Düngepolitik. Obwohl N- und Wasseraufnahme stark von Wurzelsystemen abhängig sind, werden Wurzelarchitektur- und -plastizitätsmerkmale (Fähigkeit von Wurzeln, ihre dreidimensionale Struktur dynamisch zu ändern) in aktuellen Zuchtprogrammen kaum berücksichtigt. Daher hat sich das FuE-Vorhaben 'SMARTROOT' zum Ziel gesetzt, die Züchtung zur Verbesserung der N- und Wassereffizienz durch die Bestimmung geeigneter Wurzelmerkmale zu beschleunigen. Um dieses Ziel zu erreichen, wird SMARTROOT eine neuartige, nicht-invasive Phänotypisierungsmethode entwickeln und einsetzen, um mehrere Wurzelmerkmale bei variabler N- und Wasserverfügbarkeit in einer Kartierungspopulation von Gerstenakzessionen abzubilden und zu analysieren. Die gesammelten Daten werden verwendet, um morphologische und anatomische Wurzelmerkmale und die zugrunde liegenden genetischen Faktoren zu identifizieren, die mit einer verbesserten N- und Wasseraufnahme assoziiert sind. Auf Grundlage günstiger Variationen in Wurzelmerkmalen werden die identifizierten Genloci verwendet, um Doppelhaploiden (DH)-Populationen und neue genetische Marker zu generieren, die es erlauben, vorteilhafte Wurzelmerkmale zielsicher in Elitelinien zu übertragen.

Agricultural And Aquaculture Facilities / Tierhaltungs- und Aufzuchtanlagen in Brandenburg

Der Datensatz Agricultural And Aquaculture Facilities / Tierhaltungs- und Aufzuchtanlagen in Brandenburg ist die Datengrundlage der interoperablen INSPIRE-Darstellungs- (WMS) und Downloaddienste (WFS): Tierhaltungsanlagen nach BImSchG in Brandenburg - Interoperabler INSPIRE View-Service (WMS-AF-TIERE) Tierhaltungsanlagen nach BImSchG in Brandenburg - Interoperabler INSPIRE Download-Service (WFS-AF-TIERE) Der Datenbestand beinhaltet die Punktdaten zu den betriebenen Tierhaltungsanlagen aus dem Anlageninformationssystem LIS-A. Die Angaben zu den Anlagen enthalten jeweils den Standort und die genehmigte Leistung. Dabei erfolgte eine sog. Schematransformation und Belegung der INSPIRE-relevanten Attribute. Der Datensatz Agricultural And Aquaculture Facilities / Tierhaltungs- und Aufzuchtanlagen in Brandenburg ist die Datengrundlage der interoperablen INSPIRE-Darstellungs- (WMS) und Downloaddienste (WFS): Tierhaltungsanlagen nach BImSchG in Brandenburg - Interoperabler INSPIRE View-Service (WMS-AF-TIERE) Tierhaltungsanlagen nach BImSchG in Brandenburg - Interoperabler INSPIRE Download-Service (WFS-AF-TIERE) Der Datenbestand beinhaltet die Punktdaten zu den betriebenen Tierhaltungsanlagen aus dem Anlageninformationssystem LIS-A. Die Angaben zu den Anlagen enthalten jeweils den Standort und die genehmigte Leistung. Dabei erfolgte eine sog. Schematransformation und Belegung der INSPIRE-relevanten Attribute.

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