Sonderausgabe: Pflanzenforschung für die Bioökonomie

Sonderausgabe: Pflanzenforschung für die Bioökonomie

Die vierte Ausgabe des GENOMXPRESS SCHOLAE ist erschienen. Die Sonderausgabe „Pflanzenforschung für die Bioökonomie“ widmet sich der modernen Photosynthese-Forschung und der Rolle von Big Data in der Pflanzenforschung.

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PLANT 2030

Dr. Matthias Arlt
PLANT 2030 Geschäftsstelle
c/o Max-Planck-Institute of Molecular Plant Physiology
Am Mühlenberg 1
14476 Potsdam
Tel: 0331 567 8303
marlt@mpimp-golm.mpg.de

Pflanzenforschung.de

Dr. Jens Freitag
Genius gmbh – wissenschaft & kommunikation
Schiffbauerdamm 40
10117 Berlin  

Der GENOMXPRESS SCHOLAE wird aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und daher kostenlos abgegeben.

GENOMXPRESS SCHOLAE 4

Sonderausgabe: Pflanzenforschung für die Bioökonomie

Links & Adressen

Hier lassen sich alle Links aus der vierten Ausgabe des GENOMXPRESS finden.

Modul 1 Photosynthese

Modul 1 Photosynthese
Bildquelle: © michel gatti / fotolia.com

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Photosynthese

Einleitung - Seite 5

Anregungen zur weiteren Recherche

Die WissenschaftsScheune (WiS) ist eine Einrichtung des Max-Planck-Instituts für Züchtungsforschung in Köln, in der Besucher Wissenschaft hautnah erleben können.

Das Grüne Labor Gatersleben ist ein Schülerlabor mit dem Schwerpunkt Pflanzenbiotechnologie am traditionsreichen Forschungsstandort in Gatersleben. 

Komm ins Beet! Das Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam lädt jedes Jahr in der Zeit zwischen Mai und Oktober zu Feldführungen unter dem Motto „KOMM INS BEET“ ein. 

LeafLab - Photosynthese als Simulation ist ein englischsprachiges Online-Portal. Es bietet Schülern die Möglichkeit, pflanzenphysiologische Experimente durchzuführen und die Photosyntheseleistung bei unterschiedlichen Kohlenstoffkonzentrationen, Temperaturen und Lichtintensitäten zu messen und auszuwerten. Einsetzbar ist das Material im Unterricht oder als Einzelprojekt für Facharbeiten.

Arbeitsmaterial - Seite 7

Die Evolution von C4-Pflanzen vorhersage. Kann man C3-Pflanzen in C4-Pflanzen umzüchten?

Materialien zum Weiterlesen - Seite 10

Wachstumsturbo C4-Photosynthese. Wurzelgen kurbelt Photosynthese an 
C4-Pflanzen wie Mais und Zuckerrohr haben eine spezielle Blattstruktur, die ihnen eine besonders effiziente Photosynthese ermöglicht. Die Mechanismen dieser C4-Photosynthese werden seit Jahren erforscht. Eine Vision ist es, C3-Pflanzen wie Weizen und Reis ähnlich ertragreich, genügsam und hitzetolerant zu machen. Mit einem Gen aus der Maiswurzel ist die Forschung diesem Ziel nun ein Stück näher gekommen.

Kompromiss bei Trockenheit: Stomata nur so weit schließen, wie nötig
Bei trockener Umgebungsluft droht der Pflanze ein Feuchtigkeitsmangel, wenn sie die Poren in ihren Blättern nicht schließt. Dennoch muss noch genügend CO2 für die Photosynthese hindurchströmen. Wie das möglich ist, wurde an der Universität Würzburg gezeigt.

Künstliche Blätter. Energiequellen der Zukunft
Das Prinzip der pflanzlichen Photosynthese wurde mit künstlichen Blättern nachempfunden. Genau wie echte Pflanzen, wandeln diese Sonnenergie in Kraftstoffe um. Die Blätter aus dem Labor könnten besonders Haushalten in Entwicklungsländern als billige Energiequelle dienen.

High-Speed in der Photosynthese. Eine transgene RuBisCo soll den höheren Pflanzen bei einer effektiveren CO2-Fixierung helfen.
Der Wissenschaft gelingt der Einbau einer funktionstüchtigen cyanobakteriellen RuBisCo in eine höhere Pflanze. Der Versuch ist Teil eines Forschungsvorhabens, in dem höhere Pflanzen zur Ertragssteigerung eine leistungsfähigere RuBisCo sowie ein Zellkompartiment zur CO2-Anreicherung erhalten sollen.

weiterführende Links - Seite 12

Cluster of Excellence on Plant Sciences (CEPLAS)

International Rice Research Institute (IRRI)

Arbeitsaufträge - Seite 12

Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO)

Rice Knowledge Bank

Arbeitsmaterial - Seite 13

Projektportrait: Die richtigen Kandidaten für mehr Holz. POP MASS und TREE FOR JOULES untersuchen das Erbgut von Pappeln
Der Mensch nutzt Holz seit jeher als Rohstoff. Aufgrund langer Wachstumszeiten sind schnell wachsende  Baumarten wie die Pappel für die Wirtschaft besonders interessant. Das PLANT 2030 Projekt POP MASS hat sich zum Ziel gesetzt, die Biomasseproduktion bei Pappeln zu steigern. Dafür werden bestimmte Kandidatengene, die sich auf die Bildung von Biomasse auswirken, untersucht Auch das Projekt TREE FOR JOULES widmet sich den Bäumen: Es sollen gezielt die Holzeigenschaften von Pappeln und Eukalyptus verbessert werden.

Infobox: Bioökonomie - Seite 14

Bioökonomierat

Projektbeschreibungen - Seite 14

POP MASS
Das PLANT 2030-Projekt POP MASS zielt darauf ab, die Biomasseproduktion bei Pappeln zu steigern.

TREE FOR JOULES
Die Projektmitglieder von TREE FOR JOULES möchten die Holzeigenschaften von Pappeln und Eukalyptus verbessern.

weiterführende Links - Seite 15

Neue Wege zum Aufschluss der Lignozellulose. Ein neuer Katalysator und eine umfunktionierte Hefe sollen den Lignin-Abbau wirtschaftlicher machen
Der Mensch nutzt Holz seit jeher als Rohstoff. Aufgrund langer Wachstumszeiten sind schnell wachsende Baumarten wie die Pappel für die Wirtschaft besonders interessant. Das PLANT 2030 Projekt POP MASS hat sich zum Ziel gesetzt, die Biomasseproduktion bei Pappeln zu steigern. Dafür werden bestimmte Kandidatengene, die sich auf die Bildung von Biomasse auswirken, untersucht Auch das Projekt TREE FOR JOULES widmet sich den Bäumen: Es sollen gezielt die Holzeigenschaften von Pappeln und Eukalyptus verbessert werden.

Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR)

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Modul 2

Big Data in der Pflanzenforschung

Modul 2
Bildquelle: © science photo / fotolia.com

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Big Data in der Pflanzenforschung

Einleitung - Seite 16

Anregungen zur weiteren Recherche

bionumbers. Wie groß ist eine Zelle? Wie groß ist das größte Protein im menschlichen Organismus? Die Datenbank bionumbers ist eine Zusammenstellung nützlicher Zahlen für biologische Systeme. 

Bioinformatik in der Pflanzenforschung. Dr. Jan Lisec vom Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam Golm erklärt, was Bioinformatik ist und warum sie für die biologische Forschung so wichtig und unentbehrlich ist.

Algorithmus der Woche. Die Aktion widmet jeweils eine Woche der Präsentation eines besonders interessanten Algorithmus, der Grundprinzipien des Algorithmendesigns illustriert und anhand von interessanten Anwendungen erläutert.

MIT Technology Review: 10 Breaktrough Technologies 2014 – Agricultural Drones.
Englischsprachiger Beitrag über den Einsatz von Agrardrohen in der Landwirtschaft.

Arbeitsmaterial - Seite 19 - 20

Mit Rechenkraft voraus. Datenmengen mit Potential für die Naturwissenschaften
Die moderne Biologie produziert Unmengen an Daten, aber Daten sind noch keine Ergebnisse. Erst richtig ausgewertet, analysiert, verstanden und angewandt werden aus Zahlenkolonnen Erkenntnisse. Die Zukunft gehört mehr und mehr der Bioinformatik.

Seti@home
Suche nach Leben im All

Fold@home
Faltung von Proteinen

GenBank ist eine große DNA-Sequenzdatenbanken des National Center of Biotechnology Information (NCBI) am National Institutes of Health (NIH). 

Materialien zum Weiterlesen - Seite 24

Hilfe von Oben. Agrardrohnen stützen Präzisionslandwirtschaft
Die Redaktion des Magazins Technology Review des Massachusetts Institute of Technology (MIT) sieht in Agrardrohnen eine der zehn bahnbrechenden und zukunftsweisenden Technologien 2014. Geht es nach ihnen, werden in absehbarer Zeit nicht nur Vögel, Bienen und anderes Getier über die Felder fliegen, sondern auch autonome Fluggeräte. Sie sind überzeugt davon, dass dabei weniger das Freizeitverhalten bäuerlicher Hobbypiloten, sondern handfeste ökonomische und ökologische Gründe eine Rolle spielen werden. 

Die Maschine misst, der Mensch denkt. Genotyp-Phänotyp-Zusammenhänge automatisch messen spart Zeit.
Die Pflanzenzüchtung sucht ständig nach besseren, kräftigeren, widerstandsfähigeren Pflanzen – und den Genen, die dafür verantwortlich sind. Inzwischen erfassen Maschinen oft präziser als Menschen die phänotypischen Veränderungen.

Wissenschaft für jeden. Neue Online-Plattform für Hobby-Forscher- und -Forscherinnen und ihre Projekte
Mit „Bürger schaffen Wissen“ gibt es für alle, die sich in ihrer Freizeit mit Wissenschaftsfragen beschäftigen, eine Webseite, wo sie Gleichgesinnte finden oder sich an Projekten anderer beteiligen können.

Bioinformatik revolutioniert Evolutionsbiologie
Bioinformatik ermöglicht Berechnung des Stammbaums der Blütenpflanzen. Der weltweit größte Stammbaum der Pflanzen wurde berechnet. Mit diesem „BigPlant-Tree“ kann gezeigt werden, dass die Entstehung neuer Pflanzenarten nicht unmittelbar mit der Ausprägung neuer Merkmale zusammenhängt. Eine schnelle Artbildung tritt vielmehr erst dann ein, wenn sich anfängliche Innovationen bewährt haben.

Projektportrait: Getreidegenome lesbar machen - Beim Projekt TRITEX ist das Erbgut von Gerste und Weizen ein offenes Buch 
Ob als Brot, Brei oder Pasta. Getreide aus der Familie Triticeae ist ein unentbehrlicher Bestandteil unseres Speiseplans. Das PLANT 2030-Konsortium TRITEX lieferte in diesem Jahr neue Genomdaten aus der Gerste und die erste physikalische Karte eines Weichweizenchromosoms.

Vom Einkorn zum Weizen. Weizen ist vor langer, langer Zeit aus Wildgräsern entstanden. Wer die Urururahnen sind und wie es zum Weizen und Dinkel mit seinem 6-fachen, statt 2-fachen, Chromosomensatz gekommen ist, das erklärt Dr. Kathleen Dahncke vom Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie in Golm bei Potsdam.

Dirigenten im Genom. Wichtige Schritte auf dem Weg zur vollständigen Sequenz des Weizengenoms: Die Wissenschaft präsentierte erstmals eine Rohfassung des Weichweizen-Genoms, in der fast alle Gene sequenziert und auf den unterschiedlichen Chromosomen an geordnet worden sind.

PLANT 2030-Projekt TRITEX

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