SP3: Molekulare Anpassung an kontrastierende Stressregime

SP3 leitet die Diversitätsscreening-(DS)-Aktivitäten und führt hochdichte Genotypisierungen sowie transkriptomische Analysen von 600 unterschiedlichen europäischen und afrikanischen Mais-Inzuchtlinien durch. Durch die Untersuchung der durch kleine RNAs regulierten Plastizität der Genexpression sowie historischer Signaturen polygenetischer Anpassung zeigt SP3 auf, wie sich unterschiedliche Maispopulationen an stark divergierende Umweltbedingungen angepasst haben. Die von SP3 identifizierten genotypischen Parameter, Allele und stressresponsiven Gen-Netzwerke bilden den zentralen biologischen Code, der anschließend in die Pflanzenwachstums-Simulationsalgorithmen von SP6 integriert wird.

Projektbeschreibung

Der Klimawandel und die sich wandelnden agrarischen Herausforderungen erfordern die Entwicklung resilienter Kulturpflanzen, die mehreren abiotischen und biotischen Stressfaktoren standhalten können. Gleichzeitige Stresssituationen, wie etwa Trockenheit in Kombination mit Pathogendruck, treten zunehmend häufiger auf, dennoch sind die genetischen Mechanismen, die Toleranz oder Resistenz unter solchen komplexen Bedingungen ermöglichen, bislang nur unzureichend verstanden. Dieses Projekt adressiert diese Wissenslücke, indem es die genetischen, transkriptomischen und post-transkriptionalen Regulationsgrundlagen der Reaktion und Anpassung von Mais an kombinierte Umweltstressfaktoren untersucht.

Unser Ansatz integriert historische Selektion und Anpassung mit experimentellen Daten, um die molekularen Grundlagen von Stressreaktionen zu entschlüsseln. Dabei werden polygenetische Signaturen von Selektion und Anpassung in genetisch diversen Populationen aus gemäßigten und tropischen Mais-Inzuchtlinien untersucht und mittels genomweiter Assoziationsstudien (GWAS) mit Merkmalen der Stresstoleranz verknüpft. Parallel dazu wird die transkriptomische Plastizität sowie die Variabilität der Stressantwort in diesen Inzuchtlinienpopulationen analysiert.

Nine ears of maize in varying colours—white, yellow, red, and purple—are arranged side by side on a black background, highlighting the diversity crucial for food security.

Zusätzlich werden die sechs kommerziellen Hybride aus dem Zentralexperiment der Forschungsgruppe genutzt, um die Regulation der Genexpression unter kontrollierten Feldbedingungen und bei gleichzeitiger Exposition gegenüber mehreren Stressfaktoren detailliert zu charakterisieren. Hierfür kommen Hochdurchsatz-Sequenzierungstechnologien wie 3′-DGE, mRNA-Seq, sRNA-Seq sowie Degradom-Sequenzierung zum Einsatz, um transkriptionelle Reaktionen zu erfassen und regulatorische Mechanismen aufzudecken. Diese Daten sowie GWAS-Analysen dienen der Identifikation zentraler Regulatoren wie Transkriptionsfaktoren und sRNA-Zielgenen und liefern damit Einblicke, wie die Genexpression zur Anpassung und Leistungsfähigkeit unter einzelnen sowie kombinierten Stressbedingungen moduliert wird. Im Hinblick auf die geplante Phase 2 der Forschungsgruppe werden beide Datensätze in enger Zusammenarbeit mit dem Teilprojekt zur Pflanzenmodellierung (SP6) genutzt, um zentrale genetische Parameter für die Entwicklung integrierter biophysikalischer Pflanzenmodellierungsansätze zu definieren. Darüber hinaus trägt die genetische Information zur Auswahl experimenteller Hybride bei, die auf hohe genetische Diversität und kontrastierende Stressreaktionen optimiert sind, um das Spektrum identifizierbarer stressbezogener Mechanismen zu erweitern.

Forschungsteam SP3

A middle-aged man with short hair smiles at the camera, wearing a dark zip-up jacket, embodying the spirit of climate-resilient agriculture.
Prof. Scholten, PI

Nutzpflanzengenetik

A man with short dark hair and a trimmed beard is smiling slightly outdoors, wearing a light-coloured collared shirt. Greenery, hinting at climate-resilient agriculture, is visible in the blurred background.
Prof.  Stetter, PI

Ökologie und Genomik UoC

A man with a neutral expression, wearing a light-coloured checked shirt, is shown against a plain white background—reflecting the precision often valued in ecophysiology and crop modelling research.
Dr. Bulli, CoPa

JOOUST

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 grey, generic user profile icon with a circular head and shoulders on a light background, ideal for accounts focused on topics like Maize research or Ecophysiology.
PhD

Nutzpflanzengenetik

A grey, generic user profile icon with a circular head and shoulders on a light background, ideal for accounts focused on topics like Maize research or Ecophysiology.
PhD

Ökologie und Genomik UoC

A grey, generic user profile icon with a circular head and shoulders on a light background, ideal for accounts focused on topics like Maize research or Ecophysiology.
TA

Nutzpflanzengenetik

Schnellnavigation → MultiStress Forschungsverbund

Entdecken Sie das zentrale Projekt, das Koordinationsprojekt und 6 Teilprojekte

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

Experimentierung, 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 Maishybriden

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 Synthese von Modellierungen

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.