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Deutsches Pflanzen-Phänotypisierungs-Netzwerk (DPPN)

In einem komplexen Wechselspiel entscheiden Genom und Umwelt über das Wachstum von Pflanzen, und somit über Erfolg und Misserfolg jeder Ernte. Welchen Einfluss haben die genetische Information im Saatgut, und Umweltbedingungen wie Wassermenge, Temperatur oder Pflanzenschutzmaßnahmen auf die Entwicklung der Pflanze? Um diese Fragen klären zu können, ist es notwendig, das Gesamterscheinungsbild von Pflanzen ober- und unterirdisch korrekt zu erfassen und zu vermessen – man muss sie phänotypisieren. Im Deutschen Pflanzen Phänotypisierungs-Netzwerk (DPPN) werden Technologien entwickelt und implementiert, mit deren Hilfe dies rasch und ohne die Pflanze zu zerstören möglich wird. Damit wird der Grundstein gelegt, um eine Vielzahl von Fragestellungen in der Pflanzenforschung beantworten zu können.

Die Pflanzengenomforschung hat in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht. In welcher Form eine Pflanze sich aus dem Samen entwickelt und welche äußere Gestalt, das heißt welcher Phänotyp am Ende tatsächlich ausgeprägt wird, bestimmt allerdings nicht die genetische Information im Genom allein. Entscheidend sind auch die Wachstumsbedingungen am Standort der Pflanze, wie Temperatur, Niederschlag und Tageslänge sowie pflanzenbauliche Maßnahmen wie Bodenbearbeitung und Pflanzenschutz. Der Phänotyp ist das eigentliche Ziel jeglicher landbaulicher Bemühungen – man erntet schließlich keine Weizengenome sondern Weizenkörner.

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Deutsches Pflanzen Phänotypisierungs-Netzwerk (DPPN)

Selbstverständlich ist auch der Phänotyp von Pflanzen seit jeher Gegenstand der Forschung. Die Fortschritte in der Genomforschung sind jedoch so schnell, dass die Erforschung des Zusammenspiels zwischen dem Genom und der Umwelt, welches den Phänotyp hervorbringt, aktuell mit der Entwicklung der Genomforschung nicht Schritt halten kann. Diese Lücke wird das DPPN zu schließen helfen, denn durch die Automatisierung der Erfassung phänotypischer Merkmale wird die Phänotypisierung der Pflanzen revolutioniert. Die großen technologischen Fortschritte in Robotik, Datenverarbeitung und Sensortechnik ermöglichen es, in großer Zahl Phänotypen von Pflanzen reproduzierbar und unter standardisierten Bedingungen zu quantifizieren, ohne die Pflanze zu zerstören. Auf diese Weise lassen sich die Interaktion zwischen Genom, Umwelt und Phänotyp in einem Ausmaß analysieren, das bislang nicht zu erreichen war. Dadurch werden sich grundlegende neue Erkenntnisse für die Pflanzenwissenschaften ergeben, welche sowohl für die Grundlagenforschung als für die Anwendung von großer Wichtigkeit sein werden.

Beteiligte im DPPN sind das Forschungszentrum Jülich (Koordination und die Geschäftsstelle), das Leibnitz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung Gatersleben und das Helmholtz Zentrum München. An diesen drei Standorten werden im Hochdurchsatz arbeitende, automatische Phänotypisierungsanlagen entwickelt und errichtet, welche auch anderen Forschern für wissenschaftliche Experimente zur Verfügung stehen werden. Um diese Technologieplattformen zu implementieren, wird das DPPN vom Bumdesforschungsministerium für fünf Jahre mit 34,6 Millionen Euro gefördert.

Das DPPN ist bereits bei seiner Entstehung exzellent international vernetzt. Das von der EU mit ca. 5,5 Millionen Euro geförderte European Plant Phenotyping Network (EPPN) hat seine Arbeit Anfang 2012 aufgenommen und soll auf europäischer Ebene die Forschungszusammenarbeit in diesem Feld weiter verbessern. Auch zum International Plant Phenotyping Network (IPPN) bestehen umfassende Beziehungen.

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