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Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2020-09-01 - 2023-08-31

Die Reduktion des Herbizideinsatzes ist ein wichtiges Ziel für unsere Gesellschaft und Umwelt, da die Besorgnis über das zunehmende Auftreten von herbizidresistentem Beikraut und die ökologisch nachteiligen Konsequenzen des Einsatzes von Herbiziden kontinuierlich wächst. Mehrere Arten von Zwischenfrüchten sind für die Unterdrückung von Beikraut bekannt und stellen eine ökologisch unbedenkliche Alternative zum Ausbringen von Herbiziden dar. Um den effizienten Einsatz von Zwischenfürchten zu ermöglichen ist allerdings ein besseres Verständnis der Mechanismen die zur Beikrautunterdrückung führen notwendig. Zusätzlich zur Konkurrenz um Ressourcen kann die Unterdrückung des Wachstums aus direkten Interaktionen der Pflanzenwurzeln resultieren. Wir konnten nachweisen, dass die Zwischenfrüchte Fagopyrum esculentum (Buchweizen) and Avena strigosa (Rau-Hafer) wachstumsunterdrückend auf Amaranthus retroflexus (zurückgebogener Amarant) wirken, was mit hoher Wahrscheinlichkeit der Wirkung von Wurzelexsudaten dieser Zwischenfrüchte zu verdanken ist. Diese Ergebnisse haben uns motiviert weiterführende Untersuchungen durchzuführen und wachstumsreduzierende Komponenten zu identifizieren. Damit werden die folgenden Hypothesen untersucht: (H1) Die ausgewählten Zwischenfrüchte erkennen die Präsenz heterospezifischer Nachbarpflanzen via interagierender Wurzelsysteme, was eine Veränderung der chemischen Zusammensetzung der Exsudate zur Folge hat. (H2) Die Exsudation bestimmter Komponenten wird durch eine artspezifische Erkennung hervorgerufen, wohingegen die Exsudation anderer Komponenten durch die generelle Präsenz einer anderen Pflanze ausgelöst wird. (H3) Bestimmte Moleküle aus Wurzelexsudaten der Zwischenfrüchte haben eine wachstumsunterdrückende Wirkung. (H4) Wachstumsunterdrückende Effekte erfolgen aufgrund von Veränderungen des Transkriptoms von Arabidopsis thaliana (Acker-Schmalwand) und Brachypodium distachyum (zweigrannige Zwenke). (H5) Die Zusammensetzung der Wurzelexsudate dieser Pflanzen ändert sich in Abhängigkeit der benachbarten Zwischenfruchtart. (H6) Vermeintlich wachstumsunterdrückende Komponenten können in landwirtschaftlichen Böden nachgewiesen werden. Unser methodischer Ansatz beinhaltet einen bereits validierten “split-root” Aufbau, welcher das differentielle Sammeln von Wurzelexsudaten zulässt. Dazu werden zuerst Versuche in inertem Glassand durchgeführt. Die differentielle chemische Analyse der Exsudate wird mit der Kombination von chromatographischen und akkuraten massenspektrometrischen Methoden erfolgen. Für die Identitätsbestätigung von signifikanten Substanzen werden Datenbanken mit akkurater monoisotopischer Masse und Fragmentspektren herangezogen. Danach werden Wurzelexsudate und Bodenlösungen von in Böden wachsenden Pflanzen gesammelt um das Vorkommen der identifizierten Substanzen unter Realbedingungen zu bestätigen. Darüber hinaus werden phänotypische Veränderungen sowie Veränderungen des Transkriptoms, die durch direkte Wurzelinteraktionen sowie durch ausgewählte Komponenten hervorgerufen werden in Arabidopsis thaliana und Brachypodium distachyum untersucht. Die Ergebnisse unserer Studie werden neue Erkenntnisse zur Interaktion von Pflanzen im Boden und wichtige Informationen zur Entwicklung und zum Einsatz von Beikraut-unterdrückenden Zwischenfrüchten beinhalten. Insgesamt kann mit dem Projekt ein weiterer Schritt in der Entwicklung neuer Anbaustrategien für ein verbessertes integriertes Unkrautmanagement erfolgen.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2020-07-01 - 2023-06-30

Theoretischer Rahmen: Die prokaryotische Häm-Biosynthese wurde über mehrere Jahrzehnte ausführlich untersucht. Im Jahr 2015 kam dieses Thema durch die Entdeckung des sogenannten "Coproporphyrin-abhängigen" (CPD) Häm-Biosynthesewegs durch Dailey und Mitarbeiter wieder in den Fokus, der hauptsächlich von grampositiven Bakterien genutzt wird. Der CPD-Syntheseweg unterscheidet sich vom Protoporphyrin-abhängigen Weg durch die Sequenz der Uroporphyrinogen-zu-Häm b-Transformation und die beteiligten Enzyme (UroD, CgoX, CpfC ChdC). Studien zu CpfC wurden bis vor kurzem unter Verwendung von Protoporphyrin IX anstelle von Coproporphyrin III durchgeführt. Zielsetzungen: Zuverlässige Kenntnisse über die Biochemie und molekulare Enzymologie von CpfCs sind sehr begrenzt. Unser Ziel ist die Untersuchung der Proteinbiochemie und die Aufklärung der enzymatischen Mechanismen der Coproporphyrin-Ferrochelatasen aus (i) Firmicutes und (ii) Actinobakterien, um den Mechanismus der Katalyse zu verstehen, einschließlich der Substratbindung beider Substrate und der enzymatischen Insertion von Eisen(II)-Eisen in Coproporphyrin III. Methoden: Die biochemische und biophysikalische Charakterisierung der Coproporphyrin-Ferrochelatasen (CpfCs) wird unter Verwendung mehrerer spektroskopischer High-End-Methoden und einer stationären und prästationären kinetischen Charakterisierung von Wildtyp- und mutierten Enzymen durchgeführt. Darüber hinaus werden wir modernste strukturbiologische Methoden anwenden, um profunde Kenntnisse über die Struktur des Enzyms bis ins kleinste Detail zu gewinnen, wie z.B. Protonierungszustände (durch Neutronenkristallographie). Innovation: Der CPD-Häm-Biosyntheseweg wurde kürzlich in der Literatur beschrieben, und viele Fragen zu den Mechanismen und Wechselwirkungen der Enzyme sind noch unbeantwortet. Er ist essentiell für grampositive Bakterien und einige wenige intermediäre und gramnegative Bakterien. Das Verständnis der Biochemie der beteiligten Enzyme, mit Schwerpunkt auf CpfCs, und der allgemeinen Regulation der Häm-Biosynthese, der Aufnahme und des Abbaus dieser Bakterien ist eine sehr wichtige Frage der Grundlagenforschung. Dieses Projekt wird eine solide Grundlage für die zukünftige Entwicklung neuer Therapeutika gegen pathogene grampositive Bakterien schaffen.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2020-07-01 - 2021-06-30

Oxidative Modification von Cellulose Ziel der geplanten Arbeiten ist es, schlanke, kosteneffiziente und umweltfreundliche chemische Wege zu finden, um die Eigenschaften von Kraftzellstoff für thermoplastische Materialien zu verbessern. Die Cellulosekette ist von Natur aus steif, was eine der Ursachen für das hohe Tg und Tm ist. Die Forschung zielt darauf ab, die Mobilität der Cellulosekette durch Methoden der Spaltung der Oxidationskette zu erhöhen, um die H-Bindungen verringern.

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