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Pflanzenforschung.de - Blattgeflüster BLOG

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Überblick zur Phänotypisierung in Videos und Artikeln

"Auf den Phänotyp kommt es an..."

Extrablatt | 19.04.2025

"Agrarlandschaft im Infraroten Licht" von Dr. Florian Beyer. Das Bild zeigt eine Phänotypisierung aus dem All: Erdbeobachtungssatelliten nehmen in unterschiedlichsten Spektralkanälen auf, die Analysen zum Pflanzenzustand erlauben. Die Einsendung erfolgte zum Blattgeflüster Fotowettbewerb 2021.

Wie verändern Hitze-, Trocken- oder Kältestress die Entwicklung von Pflanzen? Um das zu entschlüsseln, muss man den sogenannten Phänotyp (das Erscheinungsbild) bestimmen. Hier ist eine Übersicht über lehrreiche Videos zur modernen "Phänotypisierung" (Aufzeichnungen zu Online Events) und ein besonderer Artikel-Tip (aktuell in "bild der wissenschaft").

Umweltfaktoren verändern die Entwicklung von Nutzpflanzen und prägen ihr Erscheinungsbild (den sogenannten Phänotyp). Mit innovativen „Phänotypisierungs“-Methoden werden Phänotypen nach Struktur, Funktion und Fähigkeiten quantitativ charakterisiert. Denn zwei Pflanzen mit dem gleichen Genotyp (mit identischer DNA) können sich durchaus in ihrem Aussehen, Funktionen oder Ertragsfähigkeit unterscheiden, wenn verschiedene Temperaturen oder Wasserangebote auf sie wirkten: Unter Stress entwickelt sich ein anderer Phänotyp. „Dabei nutzen wir den Phänotyp – den baut die Landwirtschaft an und der landet auf dem Teller. Züchter kombinieren Phänotypen mit Genotypen, um vererbbare Eigenschaften zu identifizieren", sagt Prof. Ulrich Schurr, Institutsleiter für Bio- und Geowissenschaften am Forschungszentrum Jülich. Auf den Phänotyp komme es an... mehr dazu:

Artikel in bild der wissenschaft

Aktueller Artikel im Bild der Wissenschaft: "Zuckerrüben im MRT"

Die aktuelle Ausgabe von bild der wissenschaft mit Einblick in den sechs-seitigen Artikel zur Zuckerrübenforschung und Phänotypisierung (Heft Mai-Ausgabe 5/24)

Aktuell in "bild der wissenschaft", Ausgabe 5/24 (Mai) und mit diesem Link hier auf wissenschaft.de ist ein Übersichtsartikel zur modernen Phänotypisierung und warum die aktuelle Zuckerrübenforschung im MRT mündete. Darin erklärt Ulrich Schurr u.a. die vier verschiedenen Ebenen der Phänotypisierung; und Isabel Keller und Benjamin Pommerrenig nehmen uns mit in die Höhen und Tiefen ihres spannenden Zuckerrübern-Experiments im MRT.

Die wissenschaftlichen Referenzen zum Artikel in bild der wissenschaft:

Metzner R, Van Dusschoten D, Bühler J, Schurr U, Jahnke S (2014) Belowground plant development measured with magnetic resonance imaging (MRI): exploiting the potential for non-invasive trait quantification using sugar beet as a proxy, Frontiers in Plant Science 5, https://doi.org/10.3389/fpls.2014.00469
Roy J, Tardieu F, Tixier-Boichard M, Schurr U (2017) European infrastructure for sustainable agriculture. Nature Plants 3, 756-758, https://www.nature.com/articles/s41477-017-0027-3
Keller I, Müdsam C, Martins Rodrigues C, Kischka D, Zierer W, Sonnewald U, Harms K, Czarnecki O, Fiedler-Wiechers K, Koch W, Neuhaus HE, Ludewig F, Pommerrenig B (2021) Cold-triggered induction of ROS-and raffinose metabolism in freezing-sensitive taproot tissue of sugar beet. Frontiers in Plant Science, 12, 1886, https://doi.org/10.3389/fpls.2021.715767
Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung, „Bericht zur Markt- und Versorgungslage Zucker 2023“, erschienen am 16.06.2023, https://www.ble.de/SharedDocs/Downloads/DE/BZL/Daten-Berichte/Zucker/2023BerichtZucker.html
Martins Rodrigues C, Müdsam C, Keller I, Zierer W, Czarnecki O, Corral JM, Reinhardt F, Nieberl P, Fiedler-Wiechers K, Sommer FK, Schroda M, Mühlhaus T, Harms K, Flügge UI, Sonnewald U, Koch W, Ludewig F, Neuhaus HE, Pommerrenig B (2020) Vernalization alters sink and source identities and reverses phloem translocation from taproots to shoots in sugar beet (Beta vulgaris). Plant Cell 32, 3206–3223, https://doi.org/10.1105/tpc.20.00072
Watt M, Fiorani F, Usadel B, Rascher U, Muller O, Schurr U (2020) Phenoytping: New windows into the plant for breeders. Ann. Rev. Plant Biology, 29 (71), 689-712. https://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev-arplant-042916-041124

Details zu den Forschungsinhalten und wie genau Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler überhaupt "phänotypisieren", erfahrt ihr ausführlich in den Videos dreier Sofa-Events zur Phänotypisierung:

Wissenschaft vom Sofa aus erleben

Drei anderthalbstündige Sofa-Events zur Phänotypisierung

Forschende präsentieren die moderne Phänotypisierung in drei "Sofa-Events"

In den online Sofa-Events lässt sich aktuelle Forschung direkt von der Couch aus erleben. Die Events wurden live gestreamt und aufgezeichnet.
Andertalb Stunden lang erleben Zuschauende eine Mischung aus Vorträgen, Videos und live Frage- & Diskussionsrunden, an denen man auch vom Sofa aus teilnehmen durfte. Im Folgenden sind die drei Sofa-Events verlinkt: Die erste Veranstaltung präsentiert, wie die Phänotypisierung auf dem Feld und aus der Luft bis hin zum All praktiziert wird. Die zweite Veranstaltung zeigt die Möglichkeiten der Phänotypisierung des Wurzelreichs mit medizinischen Highend-Technologien, und die dritte Veranstaltung dreht sich speziell um die Zuckerrübe im MRT.

1.) Vom Acker ins All: Wie man Pflanzen aus der Luft phänotypisiert

In dieser Aufzeichnung des Live-Streams unseres "Sofa-Events" stellt das Forschungsteam um Prof. Ulrich Schurr am Forschungszentrum Jülich die Möglichkeiten, Methoden und Technologien der „Phänotypisierung“ vor. Bei der #Phänotypisierung werden Daten auf vielen Ebenen gesammelt – auf dem Feld, aus der Luft und sogar aus dem All. Wie die Vermessung der Pflanzen funktioniert und warum die Forschung hoch aktuell und relevant ist, erklärten aus Schurrs Team u.a. Dr. Onno Muller und Dr. Juliane Bendig. Anschauliche kurze Präsentationen, Zuschauerfragen und einige Hightech-Geräte wurden live vorgestellt.

2.) Jetzt kommt Licht ins Dunkel: Wie Wurzeln vermessen werden

Um Pflanzen züchten zu können, die besser an den Klimawandel angepasst sind, muss bekannt sein, wie Umweltfaktoren ihre Entwicklung verändern. Dabei spielen die Wurzeln eine entscheidende Rolle: Wurzeln sind der Ort der Wasser- und Nährstoffaufnahme und bilden so die Grundlage für gesundes und kräftiges Wachstum und guten Ertrag. Professor Schurrs Team gab bei diesem Sofa-Event Einblicke in moderne Technologien, um die Wurzelentwicklung zu beobachten und zu vermessen, ohne die Pflanzen beschädigen zu müssen. Zusammen mit Dr. Robert Koller, Dr. Ralf Metzner und Dr. Daniel Pflugfelder wurden wieder viele Zuschauerfragen beantwortet und eins wurde klar: Im Erdreich gibt es noch viel zu entdecken...

3.) Warum die Zuckerrübe ins MRT muss...

Die #Zuckerrübe bezeichnen einige als die „Königin der Feldfrüchte“. Als größter Lieferant von Zucker in Europa ist sie für Landwirte, Industrie und Konsumenten so wichtig, dass die Pflanze mit großem Aufwand und High-Tech erforscht wird: Die Zuckerrübe muss sogar zum MRT. Warum, erklären Dr. Isabel Keller und Dr. Benjamin Pommerrenig von der RPTU Kaiserslautern-Landau.
Warum müssen wir den Lebenszyklus der Zuckerrübe unter die Lupe nehmen? Wie speichert diese wirtschaftlich sehr wichtige Feldfrucht überhaupt Zucker? Und was verrät uns der Blick in die lebende, wachsende Wurzel? Wer dieses Sofa-Event schaut, kann sich von einigen sonderbaren Eigenschaften der Zuckerrübe überraschen lassen.

Das DPPN als Vorreiter

Kompetenzzentrum zur Phänotypisierung

Deutsche Infrastruktur zur Phänotypisierung wurde europäisches Vorbild

Viel Technologieentwicklung kam und kommt aus Deutschland...

Prof. Dr. Ulrich Schurr begründete vor einem Jahrzehnt das Deutsche Pflanzen-Phänotypisierung-Netzwerk (DPPN) mit, ein nationales Kompetenzzentrum, das damals drei besondere Pflanzenforschungs-Expertisen in Deutschland zusammen bündelte:

Technologieentwicklung am Forschungszentrum Jülich mit Expertise in Genetik am IPK Gatersleben und in Pflanzenpathologie am Helmholtzzentrum in München. Heute macht ein gemeinnütziger Verein getragen von diesen Einrichtungen den innovativen Gerätepark mit Highend-Technologien samt Fachexperten verfügbar. Die Forschenden blieben aber nicht in Deutschland stehen. Sie initiierten europäische Projekte, in denen über 200 Projektzugänge zu einmaligen Forschungsgeräten umgesetzt wurden.

Das DPPN wurde zum Vorbild für andere nationale Kompetenzzentren. Nun soll ein Kompetenznetzwerk viele europäische Phänotypisierungstechnologien bündeln (die pan-europäische Infrastruktur "EMPHASIS"). Ein global agierendes Netzwerk hat Ulrich Schurr als Präsident des IPPN schon 2016 auf den Weg gebracht.