Forschung

PFAS sind persistente organische Verbindungen, die aus einer hydrophilen Kopfgruppe und einer hydrophoben Alkylkette variabler Länge (4-16 C-Atome) bestehen, die teilweise (poly-) oder vollständig (per-)fluoriert ist. PFAS werden seit den 1940er Jahren häufig in industriellen und kommerziellen Produkten wie Feuerlöschschäumen, Materialien für Kochgeschirr, Hochtemperaturschmiermitteln, Skiwachs, wasserabweisender Kleidung und vielen weiteren Produkten verwendet. Sie sind mittlerweile weltweit in der Umwelt nachweisbar, verunreinigen Boden und Wasser und können die menschliche Gesundheit schädigen. Obwohl PFAS für ihre hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber biologischem Abbau bekannt sind, gibt es einige Arten, die diese Verbindungen zumindest teilweise abbauen können, z.B. einige Pseudomonas spp. Es wurde gezeigt, dass diese Perfluoroctansulfonat (PFOS) zu einem gewissen Grad abbauen können, und es wurde beobachtet, dass manche Pseudomonas-Stämme eine starke Toleranz gegenüber Fluorid besitzen. In unserem Projekt werden wir eine angepasste Variante der von Luan et al. (2013) beschriebenen Methode zur Bereitstellung von Pseudomonas-Mutanten mit verbesserten PFAS-Abbaufähigkeiten einsetzten. Wir werden Plasmide generieren, die mutierte Varianten des Proteins DnaQ (entsprechend der ε-Untereinheit der DNA-Polymerase III) kodieren; DnaQ ist für die Proofreading-Aktivität des DNA-Polymerase III-Holoenzyms verantwortlich. Je nach DnaQ-Variante erhält man so Plasmide, die starke, mittlere und schwache Mutatoreigenschaften vermitteln. Pseudomonas spp. aus Stammsammlungen oder Stämme isoliert aus PFAS-kontaminierten Umweltproben (Zusammenarbeit mit AIT, Thomas Reichenauer) werden mit diesen Plasmiden transformiert und unter induzierenden Bedingungen kultiviert, wodurch sie beginnen eine der Varianten des mutierten DnaQ-Proteins zu exprimieren, was zu erhöhten Mutationsraten führt. Das Wachstum in Gegenwart von PFAS im Kulturmedium führt zu einer Anpassung durch verbesserte Enzymsätze/Abbauwege/Verwertung von PFAS in spezifischen Klonen, die durch Hochdurchsatz-Screening-Methoden identifiziert und isoliert werden können. Die erfolgten Anpassungen auf Genomebene können durch Gesamtgenomsequenzierung und vergleichende Sequenzanalyse identifiziert werden. Sobald geeignete Klone identifiziert sind, können sie in ein Medium ohne Induktor überführt werden, sodass die Expression des inaktiven DnaQ-Proteins wieder unterdrückt wird oder der erhaltene Stamm wird völlig vom Mutatorplasmid befreit, wodurch die genetische Stabilität wiederhergestellt wird. Nach der Entfernung des Plasmids würden diese Stämme, da keine Fremdgene mehr vorhanden sind, auch nicht als gentechnisch verändert gelten. Die Stämme mit den besten PFAS-Abbaufähigkeiten im Kulturmedium werden dann auf ihre PFAS-reduzierenden Fähigkeiten in verschiedenen Umweltproben wie Wasser oder Boden getestet. Parallel dazu werden spezifische Analysemethoden entwickelt/adaptiert und die beim PFAS-Abbau entstehenden Abbau- und Transformationsprodukte mittels LC-HRMS/MS und LC-Ionenmobilitäts-HRMS/MS analysiert.

Für die Pflanzenphysiologie ist Magnesium ein wichtiger Bestandteil des Chlorophylls. Niedriger Mg-Gehalt in den Blättern von Weinreben reduziert die Photosynthese und damit die Glukoseproduktion, was zu einer verminderten Zuckerreife und folglich geringeren Weinqualität führt. Um diesen Mangel zu entschärfen, ist die richtige Wahl der Unterlage essentiell. Jedoch engt die Tatsache der notwendigen Mg Effizienz die Auswahl der Unterlagen ein und insbesondere die hierzulande bewährten Unterlagen sind dafür weniger geeignet. Auch mittels Düngung über die Blätter kann der Mangel zumindest kurzfristig behoben werden. Die aber nachhaltigste Lösung wäre Klone zu pflanzen die einen unproblematischen Mg Stoffwechsel aufweisen. Eine wichtige Rebsorte für den österreichischen Weinbau ist davon besonders betroffen nämlich der Welschriesling (WR). Die WR Klone, welche dem heimischen Weinbau zur Verfügung stehen, zeigen alle mehr oder minder eine schwache Mg Aufnahme. Die Sorte ist doch einige Jahrhunderte in weinbaulicher Benützung wurde intensiv kultviert und sollte daher in verschiedenen genetischen Typen vorliegen. Da alte Beschreibungen von diesem Mg Mangel nicht berichten ist es durchwegs vorstellbar, dass in alten Genotypen eine Genomik befindet, die eine normale Mg Verwertung zeigt. Daher wäre es nötig Genotypen zu suchen, die eine bessere Aufnahme zeigen und diese Aufnahme auch genetisch erforschen. Es ist allgemein bekannt, dass die phänotypische Variation bei Nutzpflanzen durch die genetische Variation ihrer Vorfahren und die Auswahl und Erhaltung von Mutationssammlungen geprägt wird. Der Großteil dieser Variation ist quantitativ. Daher besteht ein wesentliches Ziel der Genetik mehr denn je darin, zu identifizieren und für die Selektion entsprechende Bio-Marker zu benutzen. Damit könnten für die Selektion von WR entsprechende Bio-Marker entwickelt werden, die eine Unterscheidung in Mg effiziente und solche die ineffizient sind, ermögliche, was für Weinbauern sehr wichtig ist. Neue Klone mit Mg Effizienz würden eine Stärkung der heimischen Rebschulen und des Weinbaues bedeuten und könnte auch bedeuten, dass Rebmaterial davon in die Nachbarländer Ungarn, Kroatien, Slowenien und Slowakei geliefert werden kann, weil dort das Problem auch besteht. Es würde sich damit ein Wettbewerbsvorteil für die heimischen Pflanzgut Betriebe ergeben.

Kornelkirschen gewinnen zunehmend das Verbraucherinteresse als gesundes Lebensmittel, was zu einer erhöhten Marktnachfrage nach qualitativ hochwertigen Früchten und entsprechendem Pflanzmaterial führt. Bisher haben wir mehr als 400 genetisch einzigartige C. mas-Herkünfte aus dem Pielachtal, Traisental und Gölsental sowohl phänotypisch, als auch genetisch analysiert. Erkenntnisse zur langfristigen Entwicklung von Temperatur und Niederschlag legen nahe, dass sich angesichts der aktuellen und zukünftigen Herausforderungen mit sich ändernden klimatischen Bedingungen die Züchtung mit Trockenheitstoleranz und Krankheitsresistenz befassen muss. Um eine Züchtungsstrategie für die Produktion neuartiger Genotypen zu entwickeln, die an zukünftige Bedürfnisse für eine nachhaltige Produktion in der Region angepasst ist, werden folgende Ziele angestrebt: 1. Die Keimung der Kornelkirschsamen dauert bis zu 3 Jahre und erste Früchte werden bei Sämlingspflanzen nach 8 Jahren erwartet. Eine deutliche Verkürzung der Keimzeit würde daher sowohl der Züchtung, als auch der Vermehrung der Kornelkirsche zugute kommen. Daher ist das vorzeitige Brechen der Ruhephase ein wichtiges Thema, an dem im vorliegenden Projekt in vivo und in vitro gearbeitet wird. 2. Wertvolle Sorten müssen vegetativ vermehrt werden. Veredelungsversuche werden zu unterschiedlichen Jahreszeiten und mit unterschiedlichen Edelreisern im Gewächshaus und im insektensicheren Saranhaus durchgeführt. Außerdem wird für Cornus mas die Technik des „in vitro Grafting“ etabliert. 3. Die Erstellung einer Referenzgenomsequenz einer Pielachtaler Selektion von Cornus mas ermöglicht die Identifizierung essentieller Genomabschnitte einschließlich regulatorischer Elemente und liefert die Grundlage für eine markergestützte Selektion (MAS). 4. Eine MAS-Strategie wird entwickelt und auf ausgewählte Genotypen im österreichischen Kornelkirschenanbau angewendet. Dadurch kann die Zeit bis zur Entscheidung über den Zuchtwert einer Neuzüchtung, also das spätere Wuchs- und Produktionsverhalten einer Pflanze, bereits auf das Keimlingsstadium verkürzt werden. 5. Auch Kornelkirschen werden von Viren und Phytoplasmen befallen. Da es sich aber überwiegend um Wildpflanzen handelt, werden Infektionen nicht gemeldet, da keine systematischen Erhebungen existieren. Da bei der Kornelkirsche eine Virusübertragung über Samen nicht ausgeschlossen werden kann, wird im vorliegenden Projekt die Testung von Sämlingen und Pflanzmaterial mittels ELISA oder PCR etabliert und eine Bekämpfungsstrategie entwickelt.