Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Plant Nutrition 2019

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Science Campus Halle Projects

WCH-Demonstrationsplattform pflanzliche Genomeditierung

Verringerung der Cadmium-Akkumulation in Gerste und Durum-Weizen durch De- und Refunktionalisierung von Transportprotein-kodierenden Genen als Beispiel zur Untersuchung der gesellschaftlichen Akzeptanz neuer gentechnologischer Methoden

01/01/2021 - 31/12/2022

Demonstrationsprojekt    im Leibniz-   Wissenschaftscampus Halle (WCH) "Pflanzenbasierte Bioökonomie"    in Kooperation mit der Abteilung Physiologie und Zellbiologie    (Arbeitsgruppe Pflanzliche Reproduktionsbiologie; Jochen Kumlehn   ) des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung Gatersleben    und dem Lehrstuhl für Wirtschaftsethik (Ingo Pies) der MLU Halle

Die in reifen Getreidekörnern vorkommenden Gehalte an Schwermetallen können – je nach Standort - von gesundheitlich bedenklicher Größenordnung sein. Arbeiten an den Modellpflanzen Arabidopsis und Reis identifizierten eine Reihe von Transportvorgängen, die den Cadmium-Transfer vom Boden ins Korn bestimmen. Diese Transportvorgänge sind nicht selektiv, so dass eine Reduktion des Cadmiumgehaltes im Korn oft mit einer geringeren Einlagerung von Mikronährstoffen, wie Zink oder Mangan, gekoppelt ist. Das Ziel dieses Projektes ist es, in Gerste mittels Genomeditierung bzw. CRISPR/Cas-Technologie Transportproteine so zu modifizieren, dass die Cadmiumanreicherung reduziert wird ohne die Einlagerung anderer Mikronährstoffe zu verringern. Anhand verfügbarer Sequenzdaten werden allelische Varianten der entsprechenden Transportergene identifiziert, um deren funktionelle Diversität für die biotechnologische Verbesserung der Kornqualität nutzbar zu machen.


Development of new phytoeffectors reducing drought stress

01/01/2019 - 31/08/2022

Verbundprojekt    im Leibniz-   Wissenschaftscampus Halle (WCH) "Pflanzenbasierte Bioökonomie"    in Kooperation mit der Abteilung Natur- und Wirkstoffchemie (Ludger Wessjohann)    des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie Halle   

Trockenheit, vor allem in Frühjahr und Sommer, ist in der Landwirtschaft der bedeutendste Faktor für Ertragsverluste. Die Anwendung von Phytoeffektoren ist ein möglicher Weg die Ertragssicherheit der Pflanzen zu erhöhen. Phytoeffektoren sind kleine Moleküle, welche die Reaktion der Pflanze auf externe Stimuli wie Trockenheit verändern. Dabei ist keine genetische Manipulation der Pflanzen nötig, die Anwendung erfolgt temporär und lokal, ist für verschiedene Nutzpflanzen anwendbar und die bekannten Methoden zur Ausbringung von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln können verwendet werden. Die Entwicklung von neuen Phytoeffektoren, die unseren Nutzpflanzen helfen, Trockenperioden besser zu überstehen, ist daher ein vielversprechender Schritt um Erträge zu erhalten und zu verbessern. Die Auswahl an bekannten Phytoeffektoren gegen Trockenstress ist klein, der bekannteste (Imidacloprid, ein Insektizid) ist wegen seiner Nebeneffekte kritisch zu sehen. In vorhergehenden Arbeiten des Projektpartners (AG Wessjohann, IBP Halle) konnten durch virtuelles screening mit einem Modell eines potentiellen Targets neue Strukturen, die noch nicht als Pflanzenschutzmittel bekannt sind, gefunden werden. Diese Verbindungen zeigten in einem Trockenstressassay einen deutlichen positiven Effekt auf die Pflanzen. Das Ziel dieses Kooperationsprojektes mit dem IPB Halle ist die Validierung der molekularen Zielstruktur und die Weiterentwicklung der anfänglichen Verbindungen  in Leitstrukturen mit Entwicklungspotential. Mit Hilfe eines neuen Enzymassays sowie verschiedenen Trockenstressassays mit ganzen Pflanzen sollen die Aktivität, die Löslichkeit und die Aufnahme über das Blatt verbessert werden. Die Messung dieser Verbindungen in Wurzel und Spross führt zu zusätzlichen Informationen. Schlussendlich erwarten wir eine neue Leitstruktur, optimiert für die Anwendung an der Pflanze, welche weiterentwickelt werden kann für die Feldanwendung, Registrierung und Produktion.


Verbesserung der Trockenstressresistenz in Gerste durch transkriptionelle Inaktivierung von Genen mit Suppressorfunktion (IDRIB)

02/12/2017 - 31/11/2019

Verbundprojekt    im Leibniz-   Wissenschaftscampus Halle (WCH) "Pflanzenbasierte Bioökonomie"    in Kooperation mit der Abteilung Molekulare Genetik (Markus Kuhlmann)    des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung Gatersleben   

Trockenheit während der letzten Lebensphase von Nutzpflanzen kann  schwerwiegende Auswirkungen auf die Pflanzenproduktion haben. Besonders  sensibel reagieren die Pflanzen, wenn die Trockenheit in der  reproduktiven Phase auftritt. In diesen Fällen kann es zu dramatischen  Ertragsverlusten kommen. Während es durch die Trockenheit vor der Blüte  zu einer Verringerung der Kornzahl kommt, führt Wassermangel nach der  Blüte zu einer verringerten Kornfüllung. In vorausgehenden Arbeiten  konnten Gene identifiziert werden, welche eine Suppressorfunktion für  die Trockenstressresistenz und die Korngröße spielen. Die  Promotorregionen dieser ausgewählten Gene sollen transkriptionell  inaktiviert werden. Hierfür soll der Mechanismus der RNA vermittelten  DNA Methylierung angewandt werden um die ausgewählten Gene in Gerste stillzulegen.

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