SP6: Integration von Genetik in Pflanzenwachstumsmodelle zur Analyse genotypspezifischer Reaktionen auf kombinierte Stressfaktoren & Modellsynthese

SP6 entwickelt ein neuartiges prozessbasiertes Pflanzenwachstumsmodell – das MultiStress-Modell – das die Fähigkeit besitzt, zu simulieren, wie kombinierte abiotischen und biotische Stressfaktoren interagieren, und zu welchen Ertragsverlusten dies bei unterschiedlichen Maishybriden führt. Durch die Verknüpfung genetischer Informationen (QTLs) mit öko-physiologischen Modellparametern schließt SP6 die Lücke zwischen Genomik und der Simulation von Wachstumsprozessen und Ertrag, und ermöglicht damit in silico die Quantifizierung von spezifischen Genotyp × Umwelt-Interaktionen unter unterschiedlichen Klimaszenarien.

Projektbeschreibung

Zentrale Forschungsfragen:
SP6 behandelt die zentrale Frage, wie genetische Informationen in Pflanzenwachstumsmodelle integriert werden können. Das Ziel dieser Integration ist, genotypspezifische Reaktionen (z.B. verminderte Wachstumsrate, Ertrag, etc.) von Mais auf kombinierte abiotische (Trockenheit, Stickstoffmangel) und biotische (Stängelbohrerfraß, Blattkrankheit durch Setosphaeria turcica) Stressfaktoren vorhersagen zu können. Ausgehend von dem bestehenden Pflanzenwachstumsmodell SSM-iCrop entwickelt SP6 ein neues MultiStress-Pflanzenwachstumsmodell, indem biotische Stress-Routinen aus SP4 und SP5 integriert und QTL-Daten aus SP3 mit ökophysiologischen Modellparametern verknüpft werden.

Angewandte Methoden:
Prozessbasierte Pflanzenwachstumssimulation, Sensitivitätsanalyse des Modells, QTL-zu-Parameter-Mapping, sowie Kalibrierung und Validierung anhand mehrjähriger Versuchsdaten und unterschiedlichen Standorten für insgesamt 12 kommerzielle Maishybride (6 tropische, 6 gemäßigte), die in 3-jährigen zentralen Feldexperimenten der Forschungsgruppe (FOR) in Kenia und Deutschland untersucht werden.

Flowchart depicting a generic crop growth model with inputs, parameters, processes, and outputs for predicting yield and related traits using physiological and environmental data.
Schematische Darstellung des angestrebten neuen MultiStress-Pflanzenwachstumsmodells | Rötter/Hoffmann/Köster 2025

Erwartete Ergebnisse:

  • Eine validierte Modellierungsplattform, die Erträge unter mehreren interagierenden Stressfaktoren mit der geforderten Genauigkeit simulieren/reproduzieren kann,
  • ein nachgewiesener Proof-of-Concept für eine QTL-basierte Parametrisierung der Genotypen, die über phänologische Parameter hinausgeht,
  • Überprüfung der zentralen Hypothesen der FOR basierend auf Simulationen mit neu-entwickeltem MultiStress-Modell: Haben die multiplen Stressinteraktionen nicht-additive Effekte auf Pflanzenwachstum und -ertrag und bestehen Unterschiede in der Schadensintensität unter tropischen und gemäßigten Umweltbedingungen?
  • Eine ex ante-Identifikation vielversprechender genetischer Merkmalskombinationen und Umweltstressszenarien zur Unterstützung des experimentellen Designs der geplanten Phase 2 der Forschungsgruppe.
  • Basierend auf den zuvor genannten Teilergebnissen kann SP6 den integrativen Syntheserahmen bereitstellen, der alle Teilprojekte der FOR miteinander verbindet.

Forschungsteam SP6: Modellsynthese und Integration genetischer Information

A man with grey hair and a beard stands outdoors in a city square, wearing a scarf and brown jacket. People and a blue building are visible in the background, suggesting a gathering focused on food security initiatives.
Prof. Rötter, PI

TROPAGS

A man with red hair and a beard, wearing a light blue collared shirt, stands in front of a blurred background, representing MultiStress Research focused on food security and resilient crops like maize.
Dr. Hoffmann, PI

TROPAGS

A man with curly brown hair and glasses smiles at the camera, wearing a striped shirt and dark jacket against a plain background, showcasing his passion for crop modelling and ecophysiology in maize research.
Prof. Siebert, PI

Agronomie

A man wearing glasses, a dark blue suit, and a white shirt stands in front of a light-coloured pillar, looking at the camera with a slight smile—a fitting image for discussions on maize crop modelling and food security.
Dr. Ur Rahman, CoPI

TROPAGS

A man with short dark hair and a trimmed beard looks at the camera outdoors, greenery in the background. He is wearing a patterned shirt, reflecting his passion for ecophysiology and climate-resilient agriculture.
Prof. Confalonieri, CoPa

UNIMI

A woman with wavy brown hair pulled back looks to the left. She is wearing a light-coloured top and small stud earring, her neutral expression reflecting quiet focus—perhaps contemplating her work in MultiStress Research or food security.
Dr. Paleari, CoPa

UNIMI

A man with short curly hair, medium brown skin, and a trimmed moustache, wearing a light blue collared shirt, smiles slightly against a white background—reflecting his passion for MultiStress Research in crop modelling.
Dr. Tesfaye, CoPa

AGRA

A man with short curly hair and a trimmed beard, wearing a blue checked shirt, poses for a portrait against a light background, representing his work in MultiStress Research to advance crop modelling and promote food security.
Dr. Fasil, CoPa

CIMMYT

A man in a blue suit and light blue tie poses for a formal portrait against a solid blue background, embodying professionalism reminiscent of an ecophysiology or crop modelling expert.
Dr. Magwanga, CoPa

JOOUST

A man with short hair and a trimmed beard wearing a light grey collared shirt poses against a plain background, looking directly at the camera.
Dr. Adam, Postdoc

TROPAGS

A woman with long dark hair and neutral make-up is facing the camera against a plain white background. She is wearing a black top and a thin gold necklace.
Dr. Bayatian, Postdoc

Agronomie

A man with short hair, a beard, and glasses is facing the camera, standing indoors in front of a doorway with light-coloured walls, possibly preparing for a day of maize ecophysiology or MultiStress Research.
Mugarura, PhD

TROPAGS

A person with short, plaited hair wearing a navy blue collared shirt looks straight at the camera against a plain white background, embodying the focus and determination found in ecophysiology and crop modelling research on maize.
Adera, PhD

Pflanzenpathologie

Schnellnavigation → MultiStress Forschungsverbund (FOR 6101)

Machen Sie sich vertraut mit dem Zentralen Projekt, dem Koordinationsprojekt und den 6 Teilprojekten.

Mitglieder
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

Experimente, Datenhub und Synthese der Ergebnisse

Über ZP informieren
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

Auswirkungen von Stress-Genotyp-Interaktionen auf die ober- und unterirdische Kohlenstoffallokation, die Nährstoffnutzungseffizienz und Prozesse in der Wurzeltiefe

Über SP1 informieren
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

Untersuchung der physiologischen, biochemischen und molekularen Reaktionen von Mais auf gleichzeitige biotische und abiotische Stressfaktoren

Über SP2 informieren
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

Molekulare Anpassung an kontrastierende Stressregime

Über SP3 informieren
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

Kombinierte Auswirkungen von Stängelbohrern und abiotischen Stressfaktoren auf kommerzielle Maishybride

Über SP4 informieren
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

Kombinierte Effekte von Setosphaeria turcica und abiotischen Stressfaktoren auf Maisgenotypen

Über SP5 informieren
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

Integration der Genetik in Pflanzenwachstumsmodelle zum Verständnis der Genotyp-Reaktion auf kombinierte (abiotische + biotische) Stressfaktoren und Modellsynthese

Über SP6 informieren
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

Strategie, Dissemination und Kapazitätsaufbau

Über COP informieren
  • AGRA logo with a green and yellow circular design and the text "AGRA Sustainably Growing Africa's Food Systems" on a white background, highlighting its commitment to climate-resilient agriculture.
  • CIMMYT logo featuring green icons of maize and wheat, with text reading "International Maize and Wheat Improvement Centre," highlighting advances in Maize Ecophysiology and Multi-Stress Research.
  • Logo of Eberhard Karls Universität Tübingen with the university name in red text and a stylised red tree on the right, symbolising its commitment to MultiStress Research and Climate-Resilient Agriculture.
  • Logo of Georg-August-Universität Göttingen featuring stylised blue letters "GA" and the motto "In publica commoda seit 1737," reflecting its commitment to advancing research in climate-resilient agriculture and food security.
  • IPK Leibniz Institute logo featuring a stylised green plant on a green square background with "IPK" and "LEIBNIZ-INSTITUT" in bold green text, reflecting its focus on ecophysiology and climate-resilient agriculture.
  • Blue geometric logo featuring the letters "TUM" in a bold, angular typeface on a white background, representing pioneering work in Ecophysiology and Multi-Stress Research.
  • Logo of the University of Milan featuring a classical figure holding a staff inside a circular seal, with the university name in Italian to the right—symbolising its dedication to Maize Ecophysiology and MultiStress Research.
  • Universität zu Köln logo featuring a circular university seal with figures and text on the left, and the university name in blue capital letters on the right—reflecting excellence in fields like Climate-Resilient Agriculture and Multi-Stress Research.
  • Logo of Universität Hohenheim featuring a line drawing of a domed building with "1818" below, next to the university name in blue capital letters—a symbol of leading research in Crop Modelling and climate-resilient agriculture.
  • A shield-shaped crest divided into four sections with symbols representing climate-resilient agriculture, flanked by green branches, and a yellow banner below displaying the words "Oasis of Knowledge".
  • Logo of Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, with purple blocks containing the letters "C", "A", and "U" above the university's full name in black text on a grey background.