Suche

zur Hauptseite

Navigation und Service


Knoten des Deutschen Pflanzen Phänotypisierungs-Netzwerks (DPPN)

DPPN-Knoten Forschungszentrum Jülich

Das Institut für Bio- und Geowissenschaften, Bereich Pflanzenwissenschaften (IBG-2) ist seit Jahren eines der weltweit führenden Institute in der Pflanzenphänotypisierung. "Wir haben hier am Forschungszentrum Jülich mit dem Jülich Plant Phenotyping Center (JPPC) international die erste Einrichtung geschaffen, die sich explizit mit der Entwicklung von Phänotypisierung als Wissenschaftszweig beschäftigt. Wir koordinieren das europäische Netzwerk und sind zentral an der Entwicklung der deutschen Plattform beteiligt", resümiert der Koordinator des DPPN, Prof. Ulrich Schurr, Institutsleiter des IBG-2.

Das Forschungszentrum Jülich bringt in das DPPN insbesondere seine spezielle technische Expertise in der Entwicklung von Methoden, Automatisierung, Robotik und Bildanalyse ein. Phänotypisierung bedeutet aber auch die Simulation und Erfassung von Umweltbedingungen, um relevante Ergebnisse für die Praxis der Züchtung und den Pflanzenbau zu erzielen. Hier verfügt das IBG-2 über eine weitere Expertise, denn es gibt nur noch wenige Zentren weltweit, in denen in dieser Form technologische Kompetenz und physiologisches Know-how vereint sind. "Wir haben damit eine ideale Voraussetzung, um Pflanzenphänotypisierung auf höchstem wissenschaftlichen Niveau zu betreiben und gleichzeitig relevant für die Praxis anzuwenden", erklärt Schurr.

Das IBG-2 deckt das gesamte Spektrum moderner Pflanzenphänotypisierung ab: Mechanistische Analysen mit komplexen tomografische Methoden haben in den vergangenen Jahren gezeigt, wie dynamisch Pflanzen auf ihre Umwelt reagieren. „Damit können wir ergründen, weshalb eine Pflanze sich an bestimmte Stresssituationen besser anpasst als eine andere“, erklärt Prof. Schurr. Automatisierte Systeme, in denen zum Beispiel die Wurzelsysteme von ganzen Pflanzenkollektionen unter definierten Boden- und Klimabedingungen auf ihre Eigenschaften hin untersucht werden können, sind ein weiteres Charakteristikum des IBG-2. Damit liefert das Institut schon heute wichtige Beiträge zu Erarbeitung neuer Merkmale für die Pflanzenzüchtung. Als Referenz dient immer das Verhalten der Pflanzen im Feld. Hier arbeitet das Forschungszentrum seit Jahren im Rahmen des Agrarclusters „Cropsense“ eng mit der Universität Bonn und den anderen Partnern im Bioeconomy Science Center zusammen.

"Mit DPPN erreichen wir nun in allen Feldern neue Dimensionen. Erstmals wird systematisch ein Methodenportfolio aufgebaut, um die wesentlichen Struktur- und Funktionsmerkmale von Pflanzen zu vermessen", fasst Ulrich Schurr den Ansatz zusammen. "Dadurch können wir Mechanismen der Anpassung von Pflanzen an Stress und Umweltveränderungen identifizieren, die der Schlüssel für die nachhaltige Pflanzenproduktion in der Zukunft sind. Gleichzeitig werden neuartige und große automatisierte Anlagen entwickelt und aufgebaut, in denen viele Pflanzen in Bezug auf relevante Eigenschaften getestet werden können. Und auch die Phänotypisierung im Feld profitiert mit Fluggeräten unterschiedlicher Eigenschaften, Sensoren und Kameras."

Das Forschungszentrum Jülich wird einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung dieser Plattformen leisten und diese dann gemeinsam mit Forschern aus Deutschland, Europa und aus aller Welt nutzen. Das DPPN übernimmt damit eine wichtige Funktion als Infrastrukturplattform für die nachhaltige Bioökonomie.

DPPN-Knoten IPK Gatersleben

"Als eine der international bedeutendsten Forschungsstätten für Kulturpflanzen ist das IPK Gatersleben weit über die Landesgrenzen hinweg bekannt. Durch die Beteiligung am Deutschen Pflanzen Phänotypisierungs-Netzwerk nimmt das Institut, auch mit Unterstützung des Landes, erneut eine führende Rolle bei der Entwicklung und Nutzung wegweisender Technologien der Pflanzenforschung ein. Dies wird die Wettbewerbsfähigkeit der Pflanzenforschung in unserem Bundesland stärken und weit ausstrahlen", betont Sachsen-Anhalts Ministerin für Wissenschaft und Wirtschaft, Prof. Birgitta Wolff.

Auf Grund der wachsenden Bedeutung der Pflanzenphänotypisierung für die zentralen Forschungsaufgaben des IPK wurde bereits vor einigen Jahren mit dem Aufbau von Plattformen begonnen, die das verfügbare breite Technologiespektrum für die Erbgutanalyse und für molekulare, biochemische und zellbiologische Untersuchungen ergänzen. So entstand vor ca. fünf Jahren eine erste Anlage für die automatisierte Erfassung von Pflanzeneigenschaften im Gewächshaus. Mittlerweile sind drei Anlagen im Gaterslebener Institut in Betrieb, die Wachstumsparameter und andere Merkmale bei Getreide, Mais und kleinwüchsigen Pflanzen, wie Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) mit Hilfe von Bildaufnahme- und Analysemethoden erfassen können. Mit der Etablierung dieser Technologien am IPK konnten bereits erste Kooperationen mit einem Kompetenznetz in der Agrar- und Ernährungsforschung, dem Crop.Sense.net der Universität Bonn und des Forschungszentrums Jülich, innerhalb des Europäischen Pflanzen Phänotypisierungs-Netzwerks, EPPN, initiiert werden. Bereits seit etwa zehn Jahren sind Hochdurchsatz-Untersuchungen zur Resistenz bzw. Anfälligkeit gegenüber pilzlichen Pathogenen von Getreide, wie Mehltau, möglich. Hierfür wurden automatisch arbeitende Mikroskope entwickelt, die mithilfe eigens entwickelter Software befallene Blattbereiche identifizieren können. Darüber hinaus wurden Kernspinresonanzspektroskopie-Verfahren zur zerstörungsfreien Inhaltsstoffbestimmung eingerichtet. Diese Vorarbeiten bilden eine hervorragende Basis zur Mitwirkung im DPPN.

Projektleiter Prof. Thomas Altmann vom IPK erklärt: "Durch die Einführung neuer DNA-Sequenzier- und Typisierungstechnologien vollziehen sich seit einigen Jahren riesige Fortschritte im Bereich der Erbgutuntersuchung. Um diese Daten für den Erkenntnisgewinn ausschöpfen zu können, müssen die Beziehungen zwischen den genetischen und phänotypischen Eigenschaften aufgedeckt und detailliert untersucht werden. Hierfür sind neue Infrastrukturen und Methoden, wie wir sie im Deutschen Pflanzen Phänotypisierungs-Netzwerk entwickeln und einrichten wollen, unverzichtbar."

An Probanden für ihre Untersuchungen wird es den Forschern um Altmann nicht mangeln. Schließlich beherbergt das IPK Gatersleben die bundeszentrale Ex-situ-Genbank für landwirtschaftliche und gartenbauliche Kulturpflanzen mit ca. 145.000 verschiedenen Samenmustern, die eine immense biologische Diversität repräsentieren. Neben der Erhaltung und Verteilung des in den Kühllagern aufbewahrten Saatgutes wird es in den kommenden Jahren insbesondere um die Bestimmung der Eigenschaften dieser Pflanzen und vor allem die Aufklärung der genetischen Ursachen ihrer Vielfalt gehen. „Nur so können wir Pflanzenzüchtern besonders nutzbringendes Saatgut und die nötigen Informationen an die Hand geben, um ihre Sorten zu verbessern – sei es in Bezug auf Ertrag, Resistenzen oder der Anpassung an sich ändernde Umweltbedingungen. Wir erhoffen uns von der Mitwirkung im Deutschen Pflanzen Phänotypisierungs-Netzwerk wertvolle neue Verfahren, mit denen wir dies erreichen können“, erläutert der Geschäftsführende Direktor und Leiter der Genbank des IPK, Prof. Andreas Graner.

DPPN-Knoten Helmholtz Zentrum München

Der Schwerpunkt der Forschungsarbeit des Instituts für Biochemische Pflanzenpathologie (BIOP) am Helmholtz Zentrum München liegt auf der Untersuchung molekularer Mechanismen, die Pflanzen nutzen, um sich an ihre Umgebung anzupassen. Ziel der Forschung ist es, nachhaltige Strategien für den Anbau und die Nutzung von Pflanzen zu entwickeln und den Schutz der natürlichen Ressourcen zu wahren. Durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Pflanzen- und Agrarwissenschaftlern sowie Mikrobiologen werden neue Konzepte und Technologien gefördert, um die Grundlagen und Mechanismen der Interaktion zwischen Pflanzen und ihrer Umwelt besser zu verstehen.

Durch die Beschreibung der genetischen und biochemischen Prozesse, die Wachstum, physiologischen Zustand und Abwehrmechanismen der Pflanzen bestimmen, leistet das Institut einen wesentlichen Beitrag zur Pflanzenphänotypisierung. Die Antwort auf biotische und abiotische Faktoren, denen Pflanzen ausgesetzt sind, erfolgt durch eine Signalkette von Wahrnehmung und Reaktion, die durch die genetische Ausstattung entscheidend gesteuert wird. Diese Signalketten und ihre beteiligten Komponenten zu entschlüsseln, ist die tägliche Herausforderung der Wissenschaftler. Als Partner im Europäischen Pflanzenphänotypisierungs-Netzwerk (EPPN) kann BIOP nun auch auf nationaler Ebene seine Expertise im Bereich der Umweltsimulation und der Aufklärung von Anpassungsmechanismen einbringen. Die integrierte Abteilung Experimentelle Umweltsimulation, unter der Leitung von Prof. Schnitzler, verfügt hierzu über technisch exzellent ausgestatte Simulationsanlagen, die realistisch und reproduzierbar verschiedene Umweltbedingungen schaffen können. So kann unter experimentellen Bedingungen untersucht werden, wie sich Umweltparameter wie UV-Strahlung, Wasserangebot, Zusammensetzung der Bodenmineralien und auch Schädlingsorganismen auf das gesamte beteiligte Ökosystem auswirken. "Mit unseren Erkenntnissen wollen wir die Nachhaltigkeit in Landwirtschaft und biotechnologischer Pflanzennutzung unterstützen sowie zur Sicherung der Rolle von Pflanzen bei der Ernährung und für die Gesundheit von Menschen beitragen", erklärt Prof. Durner, Institutsleiter von BIOP.


Servicemenü

Homepage