Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die genomweite Assoziationskartierung der globalen Gerstenpopulation ein Erfolg war und eine Vielzahl von neuen QTL-Regionen als Resultat hatte. Diese Regionen bieten ...

High and volatile food prices can push people into poverty, impact production and consumption, discourage investments, and lead to social unrest. Thus, due to occasional global food shortages as in 2007/08 and frequent ...

Rohwaren werden in den Ketten der Agrar- und Ernährungswirtschaft international beschafft. Mangelhafte Transparenz innerhalb der Wertschöpfungskette ist kennzeichnend für die Beschaffungssituation, mit der viele Unternehmen ...

Ever since India’s independence large-scale government interventions have been drastically shaping the landscape of the food grain sector. From a famine-prone country, India has become a large exporter and stockholder, ...

Sulfur has a vital role in the plant life cycle. S deficiency reduces optimal yield and quality in legumes which lead to a reduction in nutritional value of food and feed. S deficiency also alters the symbiotic interaction between leguminous plants and soil nitrogen fixing bacteria which leads to a decline in N2 fixation rate. An efficient symbiotic nitrogen fixation (SNF) in the nodule demands a strong nutrient exchange between plant and bacterial cells. The plant symbiotic sulfate transporter (SST) supports adequate S supply for full activity of nodules. In the present study, I investigated how different levels of S supply affect the protein and mRNA expression of genes related to N2 fixation in Pisum sativum. Moreover, different sulfate transporter genes were identified in pea and the functional analysis was performed for the symbiotic sulfate transporter from pea after expression in yeast double mutant. Growth retardation was observed in both weak and severe S deficient plants while severe S deficiency led to a significant decline in total biomass and shoot dry weight. Chlorosis and yellowish leaves in severe S deficient plant were observed as a consequence of a 43% decline in the chlorophyll content of young leaves in comparison with the control plants. Both weak and severe S deficiency reduced nodule formation. Thus, nodules appeared smaller and green with less leghemoglobin content in the S deficient groups. Relative transcript abundance of leghemoglobin genes (PsLb5 and PsLb120) did not change significantly under S deficiency conditions in the vegetative phase, thus confirming that expression of both genes is essential to create a low O2 concentration in young nodules. In contrast, severe S deficiency during the generative phase reduced expression of leghemoglobin at mRNA and protein levels. Furthermore, the higher leghemoglobin content in the generative phase is indicative for a higher leghemoglobin demand of mature nodules to maintain a low O2 environment and to protect the nitrogenase for an effective SNF. Nitrogenase is encoded by the nifHDK gene cluster. Severe S deficiency reduced the relative transcript abundance of the β subunits (NifK gene) while expression of α subunits (NifD gene) was mostly unaffected. S deficiency conditions increased relative transcript abundance of ferredoxin to compensate the S limitation in the nodule. Furthermore, a higher level of ferredoxin expression in the generative phase compared to the vegetative phase might be accompanied by a more SNF activity in the generative phase. In contrast to the nodule, relative ferredoxin transcript abundance was reduced under severe S deficiency in the root and leaf tissues supporting sulfite reduction and NADP photo-reduction. Both severe and weak S deficiencies reduced the relative transcript abundance of ferredoxin in the young leaves more than the mature leaves because the mature leaves are the main site of sulfate storage and assimilation. Severe S deficiency reduced expression of the nodule-specific sulfate transporter (SST) in both vegetative and generative phase of plant life which confirms a disruption in sulfate transport in symbiosomes. Phylogenetic analysis of 14-full length sulfate transporter sequences from pea and other known sulfate transporters from the leguminous family revealed that they fall into five major groups. In conclusion, a reduced sulfate import into the nodule probably reduces the sulfate related metabolites and interrupts the expression and biosynthesis of nitrogenase, leghemoglobin and ferredoxin proteins and eventually leads to an interruption of SNF. Moreover, severe S deficiency could limit the S compounds and S containing amino acids essential for the synthesis of critical products such as chlorophyll, thus leading to a lower rate of photosynthesis and fewer energy sources for an efficient yield....
<strong>Der Einfluss von Schwefelmangel bei Erbse (Pisum sativum) auf Faktoren, die in Bezug zur Stickstoff-Fixierung stehen und auf Sulfattransporter</strong><br /> Schwefel spielt eine bedeutende Rolle im Lebenszyklus von Pflanzen. Bei Leguminosen führt S-Mangel nicht nur zu Mindererträgen, sondern er wirkt sich auch negativ auf die Qualität der Samen aus. Des Weiteren resultiert eine suboptimale S-Versorgung in einer Beeinträchtigung der N2-Fixierung. Eine effiziente symbiontische N2-Fixierung (SNF) setzt einen Austausch von Nährstoffen zwischen Pflanzen- und Bakterienzellen voraus. Der Sulfattransporter (SST) trägt zur adäquaten S-Versorgung der Knöllchen bei. In den vorliegenden Untersuchungen wurde überprüft, wie sich eine unterschiedliche S-Versorgung auf die Expression von Genen auswirkt, die in Bezug zur N2-Fixierung von Pisum sativum stehen. Ebenso wurden in Erbsen verschiedene Sulfattransporter-Gene untersucht und funktionelle Analysen für Sulfattransporter nach Expression in Doppelmutanten von Hefe durchgeführt. Bei schwachem und starkem S-Mangel wurden Wachstumsbeeinträchtigungen der Erbse beobachtet. Darüber hinaus resultierte starker S-Mangel in einem signifikanten Rückgang an Gesamt-Biomasse und Spross-Trockenmasse. Im Vergleich zur Kontrolle zeigten Pflanzen mit starkem S-Mangel chlorotische und gelbe Blätter als Folge eines um 43% geringeren Chlorophyllgehalts der jüngeren Blätter. Schwacher und starker Mangel führten zu einer verminderten Knöllchenbildung. Die Knöllchen waren kleiner und grün und enthielten weniger Leghämoglobin. Die relative Transkript-Abundanz von Leghämoglobingenen (PsLb5 und PsLb120) wurde während der vegetativen Phase unter S-Mangelbedingungen nicht signifikant beeinflusst, was bestätigt, dass die Expression beider Gene essentiell ist, um eine niedrige O2-Konzentration in jungen Knöllchen zu gewährleisten. Im Gegensatz dazu resultierte ein starker S-Mangel während der generativen Phase in einer verminderten Expression von Leghämoglobin im mRNA- und Protein-Level. Weiterhin ist der hohe Leghämoglobingehalt während der generativen Phase ein Indikator für einen hohen Leghämoglobinbedarf reifer Knöllchen, um eine niedrige O2-Umgebung und somit der Nitrogenase optimale Bedingungen für eine effektive SNF zu gewährleisten. Nitrogenase wird durch das nifHDK Gen-Cluster kodiert. Starker S-Mangel reduzierte die relative Transkript-Abundanz der β-Untereinheiten (Nifk Gene), während die Expression der α-Untereinheiten (NifD Gene) meist unbeeinflusst blieb. S-Mangel erhöhte die relative Transkript-Abundanz von Ferredoxin, um die S-Limitierung der Knöllchen zu kompensieren. Eine höhere Ferredoxin-Expression während der generativen Phase im Vergleich zur vegetativen Phase könnte durch eine höhere SNF-Aktivität in der generativen Phase begleitet werden. Im Gegensatz zu den Knöllchen war die relative Ferredoxin-Transkript-Abundanz in den Wurzeln und Blättern bei starkem S-Mangel reduziert. Starker und schwacher S-Mangel führten in jüngeren Blättern zu einer stärkeren Reduktion der relativen Transkript-Abundanz von Ferredoxin im Vergleich zu älteren Blättern, da letztere der Hauptort für die Sulfat-Speicherung und -Assimilation ist. Starker S-Mangel verminderte die Expression des knöllchenspezifischen Sulfattransporters (SST) sowohl während der vegetativen als auch während der generativen Phase, was die Unterbrechung des Sulfattransports in Symbiosome bestätigt. Phylogenetische Analysen von 14 Sulfattransportersequenzen von Erbsen und anderen von Leguminosenfamilien bekannten Sulfattransportern zeigen, dass sie in fünf Hauptgruppen eingeteilt werden können. Es kann geschlussfolgert werden, dass ein verminderter Sulfatimport in die Knöllchen wahrscheinlich die Synthese schwefelabhängiger Metabolite beeinträchtigt und die Expression und Biosynthese von Nitrogenase, Leghämoglobin und Ferredoxin unterbricht und folglich zur Unterbrechung der SNF führt. Des Weiteren kann starker S-Mangel die Bildung S haltiger Verbindungen und S haltiger Aminosäuren beeinträchtigen, die für die Synthese kritischer Produkte wie Chlorophyll erforderlich sind, wodurch die Photosynthese beeinträchtigt wird und somit weniger Energie für die Ertragsbildung zur Verfügung steht....

Worldwide, water contamination from agricultural use of pesticides has received increasing attention within the last decades. In general, sources of pesticide water pollution are categorized into diffuse (indirect) and ...

Palm oil constitutes approximately one-third of the 130 million tonnes of major vegetable oils and fats consumed annually worldwide. The use of bio-based materials in palm oil production and the potential to achieve a ...

The aim of these studies was to evaluate the potential of non-destructive fluorescence techniques for the detection and differentiation of abiotic and biotic stress situations. For this purpose, sugar beet cultivars were grown under water shortage and low nitrogen supply, and inoculated with powdery mildew (Erysiphe betae (Vanha) Weltz.). With focus on drought stress, we investigated the impact of recurrent drought on the ‘drought memory’ and the physiological performance of the plants. Finally, spring barley cultivars of different susceptibly to powdery mildew (Blumeria graminis f. sp. hordei (DC.) Speer) and leaf rust (Puccinia hordei G.H. Otth.) were used to exploit the pathogen-plant interaction and the consequences for the fluorescence signature at leaf level. Here, the major aim was to analyse genotype-specific responses using spectrally-resolved and imaging-based fluorescence techniques. Experiments were structured in individual chapters, and results can be summarized as follows:<br /> 1. Mul t i -paramet ric fluorescence recording was a valuable tool to sense abiot ic and biot ic st ress symptoms in sugar beet plants . However, a robust differentiation of individual stresses by one specific fluorescence index was not possible. The most relevant fluorescence indices to detect water deficit and/or powdery mildew infection were the ‘Simple Fluorescence Ratio’ (SFR_G) and the ‘Nitrogen Balance Index’ (NBI_G), particularly due to their strong relationship with the chlorophyll concentration. In general, of the evaluated stress factors water deficit had the most pronounced impact on plant physiology.<br /> 2. Fluorescence indices based on the far-red chlorophyll fluorescence were reliable indicators for sensing temporary drought stress in sugar beet, regardless of whether the genotypes were cultivated in the field or under greenhouse conditions. This was particularly applicable for the ‘Blue-to-Far-Red Fluorescence Ratio’ (BFRR_UV) and the SFR_G. For the latter, we demonstrated that green light excitation was found to be the best suitable light source for chlorophyll fluorescence recordings, as it better reveals the responses of the stressed sugar beet plants. Besides, all evaluated cultivars had distinct responses concerning the extent of the changes during the stress and re-watering i.e. recovering phases. These findings were confirmed by gas exchange and destructive reference measurements.<br /> 3. Temporal water withholding followed by re-watering caused changes in the fluorescence lifetime (410 to 560 nm), red fluorescence intensity (FR_G) and the SFR_G; in general, the observed alterations were similar in the three consecutive drought-recovery phases. Nevertheless, the fluorescence parameters do not indicate any hints towards improved physiological response to preliminary stresses. With this, the ‘memory effect’ could not be confirmed. Destructive reference-analysis of the osmotic potential, proline and total chlorophyll concentration exhibited a different picture, as all metabolic indices showed minor changes during the second experimental phase.<br /> 4. Spectrally-resolved and image-based fluorescence techniques enabled the detection of pathogen infection, i.e. disease development in spring barley. Thereby, susceptible and resistant varieties showed distinct modifications in mean lifetime from 410 to 560 nm, both in the SFR_G and the BFRR_UV. Based on the modification of these parameters in the timecourse of the experiment it was possible to characterize the varieties according to their susceptibility degree. The multispectral fluorescence imaging system provides basic information to distinguish between both diseases, since powdery mildewed leaves significantly exhibit a higher blue and green fluorescence intensity as compared to leaf rust diseased leaves. We further highlight the importance of different excitation and emission ranges for sensing and differentiation of leaf diseases, as the UV-excited blue fluorescence and the blue-excited green fluorescence offer the most promising information for further studies on these topics....
<strong>Bestimmung der Reaktion von Zuckerrüben und Sommergerste gegenüber abiotischen und biotischen Stress mittels proximaler Fluoreszenztechniken</strong><br /> Ziel der vorliegenden Arbeit war es, das Potenzial von zerstörungsfreien Fluoreszenzverfahren für den Nachweis und die Differenzierung von abiotischen und biotischen Stresssituationen zu beurteilen. Zu diesem Zweck wurden Zuckerrüben-Sorten einem Wassermangel und einer geringen N-Zufuhr ausgesetzt sowie mit Echtem Mehltau (Erysiphe betae) (Vanha) Weltz.) inokuliert. Mit Fokus auf Trockenstress, untersuchten wir den Einfluss wiederkehrender Dürre auf den ‘drought memory’ Effekt und die physiologischen Eigenschaften der Pflanzen. Zum Schluss wurden Sommergerste-Sorten verwendet, die unterschiedlich anfällig gegenüber Echtem Mehltau (Blumeria graminis f. sp. hordei (DC.) Speer) und Braunrost (Puccinia hordei G.H. Otth.) sind, um Pflanzen- Pathogen-Interaktionen und die Folgen für die Fluoreszenzsignatur auf Blattebene zu bewerten. Das wesentliche Ziel hierbei war, Genotyp-spezifische Reaktionen mittels spektral aufgelöster und bildgebender Fluoreszenztechniken zu identifizieren. Die Experimente wurden in einzelne Kapitel untergliedert, und die Ergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden: <br /> 1. Für die Detektion der abiotischen und biotischen Stresssymptome an Zuckerrübenpflanzen erwiesen sich multi-parametrische Fluoreszenzaufnahmen als sehr geeignet. Eine robuste Differenzierung der einzelnen Stressoren durch einen spezifischen Fluoreszenz-Index war jedoch nicht möglich. Das ‘Simple Fluorescence Ratio’ (SFR_G) und der ‘Nitrogen Balance Index’ (NBI_G) waren, insbesondere durch ihre starke Beziehung zum Chlorophyllgehalt, die wichtigsten Fluoreszenz-Indices, um Wassermangel und/oder Mehltauinfektionen zu erkennen. Generell war Wassermangel der Stressfaktor, der sich am stärksten auf die Pflanzenphysiologie ausgewirkt hat. <br /> 2. Fluoreszenz-Indices auf Basis der Nah-Infraroten Chlorophyllfluoreszenz waren zuverlässige Indikatoren, um temporären Wassermangel an Zuckerrüben zu erfassen, unabhängig davon, ob die Sorten im Feld oder im Gewächshaus angebaut wurden. Dies traf insbesondere für das ‘Blue-to-Far-Red Fluorescence Ratio’ (BFRR_UV) und das SFR_G zu. Für letzteres haben wir zeigen können, dass Grün-Anregung die bestgeeignetste Lichtquelle für Chlorophyll- Fluoreszenz-Aufnahmen war, da es die Reaktionen der gestressten Zuckerrübenpflanzen besser aufdeckte. Zudem wiesen alle untersuchten Sorten unterschiedliche Reaktionen hinsichtlich des Ausmaßes der Änderungen auf Stress und Wiederbewässerung, d.h. der Erholungsphase, auf. Diese Ergebnisse wurden durch Gasaustausch- und destruktive Referenzmessungen bestätigt. <br /> 3. Zeitweiser Wasserentzug, gefolgt von Wiederbewässerung, verursachte Veränderungen in der Fluoreszenzlebenszeit (410 bis 560 nm), Rot-Fluoreszenzintensität (FR_G) und dem SFR_G; generell ähnelten sich die beobachteten Veränderungen in den drei aufeinanderfolgenden Trocken-und Wiederbewässerungsphasen. Dennoch zeigten die Fluoreszenzparameter keinen Hinweis in Richtung einer verbesserten physiologischen Reaktion als bei vorherigem Stress. Somit ließ sich der „Memory-Effekt“ nicht bestätigen. Destruktive Referenzanalysen des osmotischen Potentials sowie der Prolin- und Gesamtchlorophyllkonzentration dagegen ließen für alle Stoffwechselindizes in der zweiten Versuchsphase gering Veränderungen erkennen. <br /> 4. Spektral aufgelöste und Bild-basierte Fluoreszenztechniken ermöglichten den Nachweis von Pathogeninfektionen, d.h. der Krankheitsentstehung an Sommergerste. Dabei zeigten anfällige und resistente Sorten unterschiedliche Veränderungen in der mittleren Lebenszeit von 410 bis 560 nm, sowie beim SFR_G und dem BFRR_UV. Basierend auf den Änderungen dieser Parameter im Zeitverlauf des Experiments war es möglich, die Sorten entsprechend ihres Anfälligkeitsgrads zu charakterisieren. Das multispektrale Fluoreszenzbild-gebungssystem lieferte grundlegende Informationen für die Unterscheidung beider Krankheiten, da mit Mehltau befallene Blätter eine deutlich höhere blaue und grüne Fluoreszenzintensität als die mit Zwergrost befallenen Blätter aufwiesen. Zusätzlich haben wir die Bedeutung der verschiedenen Anregungs- und Emissionsbereiche zur Erfassung und Differenzierung von Blattkrankheiten herausgestellt, da die UV-angeregte Blaufluoreszenz und die blau-angeregte Grünfluoreszenz die vielversprechendsten Daten für weitere Studien in diesem Bereich zeigten....

Enhanced carbon stocks help to improve the productivity and resilience of farming systems, especially in smallholder communities relying on subsistent agriculture. This study investigated the total terrestrial stock of ...

Overweight and obesity are major public health problems in Germany. The associated comorbidities are highly depending on individual body fat distribution. A distinction is made between android and gynoid body fat distribution, ...