MultiStress - Gleichzeitige mehrfache abiotische und biotische Stressinteraktionen bei Mais: Auswirkungen und Mechanismen 

Die DFG-Forschergruppe (RU) 6101 untersucht die komplexen Wechselwirkungen kombinierter Stressfaktoren, um die globale Nahrungsmittelproduktion in gemäßigten und tropischen Umgebungen zu sichern. Die RU leistet Pionierarbeit für eine klimaresistente Landwirtschaft und revolutioniert das mechanistische Verständnis der Wechselwirkungen zwischen abiotischem und biotischem Stress bei Mais – auf Feldmaßstab. Zu diesem Zweck integriert sie Wissen von der genetischen bis zur Feldebene und kombiniert Feldexperimente, High-Throughput-Multi-Omics und prozessbasierte Pflanzenmodellierung.

Das Verständnis der Komplexität gleichzeitiger Belastungen

Wir führen neuartige Forschung zu komplementären multiplen abiotischen und biotischen Stressinteraktionen und deren Auswirkungen bei Mais durch. Da die fortschreitende globale Erwärmung zunehmend zu multiplen Stresssituationen auf den Feldern der Landwirte führt, ist diese Forschung äußerst relevant, um massive Ernteverluste zu verhindern und die drängenden Herausforderungen der Ernährungssicherheit und des Klimawandels zu bewältigen. 

Um wesentliche Wissenslücken zu schließen, untersuchen wir im Rahmen eines koordinierten Ansatzes, wie das Maiswachstum, der Ertrag und die Stoppelqualität durch die Wechselwirkungen von Dürre und Stickstoffmangel mit der Blattkrankheit Setosphaeria turcica einerseits und dem Stängelbohrer andererseits unter Feldbedingungen beeinflusst werden. Um unser mechanistisches/prozessbezogenes Verständnis solcher Wechselwirkungen auf verschiedenen Organisationsebenen (von der genetischen über die biochemische bis zur ökosystemphysiologischen/Feldorganisation) zu verbessern, werden wir gemeinsame Feldversuchsplattformen (Regenabschirmungen (ROUTS)) einrichten und nutzen., und parallel dazu Satellitenexperimente unter kontrollierten Bedingungen durchführen.

In den Zentralen Experimenten (CE) wurden sechs cCsorgfältig ausgewählt Werbung Mais Hybridgenotypen wird in den ROUTS in Deutschland (DE) und Kenia (KE) untersucht während drei Feldsaisons. Dies, erlaubensingen Vergleich von Pflanzenstressreaktionen für zwischen gemäßigt und tropisch Mais-Hybriden und unter verschiedenen Umweltaller Zustände. Diese EG Experimente werden durch Diversitätsscreening-Experimente im Gewächshaus und im Feld ergänzt, um die Variabilität der Stressreaktionsmechanismen in hochdiversen Maispopulationen zu erschließen – unter Ausnutzung von Hochdurchsatz-Transkriptomik und Metabolomik.

Eng verknüpft mit diesen Experimenten wird die prozessbasierte Modellierung des Pflanzenwachstums die zweite Säule der Forschung darstellen. Pflanzenwachstumsmodelle ermöglichen die Integration neuen Wissens (gewonnen auf verschiedenen Organisationsebenen, hier von der genetischen bis zur ökotypologischen / Feldebene) und die Extrapolation dieses Wissens in Zeit und Raum.

In der RU, die Formalisierung des verbesserten interdisziplinären mechanistischen/prozessbezogenen Verständnisses von multiplen Stressinteraktionen unter Feldbedingungen, ermöglicht es uns, die Gesamtauswirkungen kombinierter (abiotischer + biotischer) Stressfaktoren auf die Pflanzenphysiologie und Produktivität (Kornertrag, Biomasse, Korn- und Stoppelqualität, Nährstoff-/Wassernutzungseffizienz usw.) zu quantifizieren. Dies erfordert, dass neue Modellierungsroutinen, die aus Experimenten abgeleitet werden (repräsentiert durch formalisiertes Wissen), in grundlegende prozessbasierte Pflanzenmodellierungsmodelle integriert werden. Das resultierende MultStress-Pflanzenmodell wird angewendet, um die grundlegenden Hypothesen der Forschungseinheit (FE) in silico zu testen und die Gestaltung weiterer Experimente zu unterstützen. Das neu (formal) gewonnene Wissen kann genutzt werden, um vielversprechende Merkmale für die züchtungsbedingt stressresistente Auswahl zu erforschen, die bei der Ideotypisierung von widerstandsfähigen Maissorten für zukünftige Zielumgebungen – in gemäßigten und tropischen Zonen (wie für eine Phase 2 der FE geplant) – berücksichtigt werden sollen.

Mehrfach gestresster Mais

Diagram showing factors affecting maize—Setosphaeria infection, stem borer damage, water and nitrogen deficits—impacting defence mechanisms and crop yield, modelled to support climate-resilient agriculture and food security.

MultiStress Forschungsnachrichten

Forschungseinheitsmetriken

MultiStress im Überblick

Projektleiter
Co-Projektleiter
Kooperationspartner
Doktoranden
Feldversuchsstandorte
Regenschutzunterkünfte & Gewächshausversuche

MultiStress wird von der Universität Göttingen koordiniert. Gemeinsam mit 9 weiteren Forschungseinrichtungen arbeiten wir daran, die Komplexität von gleichzeitigen multiplen abiotischen und biotischen Stressinteraktionen in tropischem und gemäßigtem Mais zu verstehen.

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Entdecken Sie das zentrale Projekt, das Koordinationsprojekt und 6 Teilprojekte

A glasshouse showcasing climate-resilient agriculture, with tall green plants inside, two large water tanks on either side, and a partly cloudy sky above.

ZP – Zentrales Projekt

Microscopic view of a plant root with thin, branching root hairs against a light pink background, highlighting structures crucial to ecophysiology and Multi-Stress Research.

SP1

A potted maize plant is positioned in front of a black backdrop, with a camera on a tripod set up to photograph it in a glasshouse for ecophysiology research.

SP2

Several potted maize plants growing in a controlled environment chamber with green trays and reflective metal walls, supporting MultiStress Research and crop modelling studies.

SP3

A close-up of a green leaf with round holes and bite marks, held by a brown clip—an example studied in MultiStress Research to advance climate-resilient agriculture, with potted plants blurred in the background.

SP4

Close-up of a maize leaf with brown streaks and discolouration, indicating signs of disease or stress—valuable insight for MultiStress Research and climate-resilient agriculture—with other maize plants and a clear sky in the background.

SP5

A dirt path runs between tall rows of green maize plants under a clear blue sky, highlighting the role of crop modelling in advancing food security.

SP6

People sit around tables in a library or meeting room, attending a hybrid meeting with several participants visible on a large screen via video call, discussing topics like climate-resilient agriculture and food security.

COP – Koordinationsprojekt

Einige Forschungseindrücke