Erhalten Erforschen Erschließen - Conserving Exploring Exploiting - IPK Gatersleben
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Erhalten · Erforschen · Erschließen
Conserving · Exploring · Exploiting
Forschung für eine effiziente und nachhaltige Nutzung
der Kulturpflanzenvielfalt
Research aiming at a more efficient and sustainable use
of crop diversity
Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK)
Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK)
2
Das Direktorium des IPK/The IPK Directory
Board (v.l.n.r./f.l.t.r.): Nicolaus von Wirén,
Jochen Christoph Reif, Andreas Graner
(Geschäftsführender Direktor/Managing Director),
Johannes Heilmann, Thomas Altmann.
Erhalten · Erforschen · Erschließen
Conserving · Exploring · Exploiting
Kulturpflanzen sind die Grundlage unserer Ernährung. Sie liefern nach- Our nutrition is based on the products of crop plants, which also pro-
wachsende Rohstoffe und werden für die Energiegewinnung einge- vide renewable raw materials and energy. Research into the genetic
setzt. Die Erforschung der genetischen und molekularen Ursachen ihrer and molecular basis of the traits important for crop productivity and
Leistungsmerkmale und die Erhaltung ihrer Vielfalt sind entscheidend, the conservation of crop diversity are both vital to our attempts to
um sie den Bedürfnissen einer wachsenden Weltbevölkerung und den adapt crop plants to the needs of a growing global population and
sich ändernden Umweltbedingungen anzupassen. Hier setzt die Arbeit a changing environment. This is where the work of IPK starts.
des IPK an.
The IPK
Das IPK The IPK is one of the world‘s leading international institutions in the field
Das IPK ist eine international führende wissenschaftliche Einrichtung auf of plant genetics and crop science. Its research programme and services
den Gebieten der Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung. Die For- contribute materially to conserving, exploring and exploiting crop diversity.
schungsarbeiten und Serviceleistungen tragen substanziell zur Erhaltung, Its research goals are driven by the need to ensure an efficient and sustain-
Erforschung und Nutzbarmachung der Kulturpflanzenvielfalt bei. Die For- able supply of food, energy and raw materials, thereby addressing a major
schungsziele sind auf eine effiziente und nachhaltige Nahrungs-, Energie- global ecological challenge.
und Rohstoffversorgung und damit auf die Bewältigung globaler umwelt-
bezogener Herausforderungen ausgerichtet. Our mission
The work of IPK’s four scientific departments is focused on revealing the
Unsere Mission underlying principles of evolution, development and adaptation in major
Die vier wissenschaftlichen Abteilungen des IPK arbeiten an der Aufklärung crop plants. On this basis, it seeks innovative solutions in the fields of scien-
grundlegender Prinzipien der Evolution, Entwicklung und Anpassungsfähig- tifically-based crop plant germplasm conservation and exploitation, aiming
keit wichtiger Kulturpflanzen. Auf dieser Grundlage entwickeln sie innovative to improve resource use efficiency and enhance the sustainability of plant-
Ansätze für eine wissensbasierte Erhaltung und Erschließung ihrer Vielfalt based production.
zur Steigerung von Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit pflanzenbasierter
Produktionsprozesse. Our strengths
A unique feature of the institute is the close relationship enjoyed between
Unsere Stärken its interdisciplinary and internationally focused research teams working
Mit der engen Verknüpfung von interdisziplinär ausgerichteten und interna- within an ultramodern research infrastructure and the genetic diversity
tional zusammengesetzten Forschungsgruppen, einer hochmodernen For- conservation activity carried out in one of the world‘s longest established
schungsinfrastruktur und der Erhaltung der genetischen Vielfalt in einer der and largest ex situ gene banks. The topic “Biodiversity and Performance”
ältesten und größten ex situ-Genbanken weist das Institut ein Alleinstellungs- combines scientific excellence, innovation and social relevance, and is
merkmal auf. Unter dem Thema Biodiversität und Leistung werden wissen- targeted at addressing food security and sustainable production within a
schaftliche Exzellenz, Innovation und gesellschaftliche Relevanz zusammen- viable bioeconomy.
geführt, um Lösungsansätze für die Sicherung der Ernährung und nachhaltige
Produktionsverfahren für den Aufbau einer Bioökonomie zu erarbeiten.
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Forschungsschwerpunkte Das IPK – gestern und heute Karriere am IPK
In fünf übergreifenden Forschungsschwerpunkten 1943 als Kaiser-Wilhelm-Institut für Kulturpflanzen- Das IPK beschäftigt ca. 550 Mitarbeitende. Die
werden wissenschaftliche Erkenntnisse und Inno- forschung gegründet, 1948 in die Akademie der moderne Forschungsinfrastruktur, die internatio-
vationen angestrebt. Durch das Zusammenführen Wissenschaften der DDR eingegliedert und 1992 nale Vernetzung des Instituts sowie Maßnahmen
der fachlichen Kompetenzen der wissenschaft- als IPK neu gegründet, blickt das Institut auf eine zu Karriereförderung und Chancengleichheit, wie
lichen Abteilungen des IPK wird die gesamte lange wissenschaftliche Tradition zurück. In über z. B. das strukturierte Ausbildungs- und Betreu-
wissenschaftliche Wertschöpfungskette, von der 70 Jahren hat sich das Institut zu einem weltweit ungsprogramm für Promovierende, die Einrichtung
Grundlagenforschung bis hin zu angewandten führenden Pflanzenforschungszentrum entwickelt, unabhängiger Arbeitsgruppen zur wissenschaft-
biotechnologischen und züchterischen Fragestel- an dem etwa 250 Wissenschaftlerinnen und Wis- lichen Profilierung und die Zertifizierung als fami-
lungen, abgedeckt: senschaftler aus mehr als 30 Nationen tätig sind. lienfreundlicher Arbeitgeber, bieten sowohl dem
Als Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft wird es von wissenschaftlichen Nachwuchs als auch ihren
• Erschließungskonzepte für
Bund und Land gleichermaßen gefördert. Zusätz- erfahrenen Kolleginnen und Kollegen attraktive
pflanzengenetische Ressourcen
liche Forschungsmittel werden von der Deutschen Arbeitsplätze mit optimalen Bedingungen für ihre
• Genomdiversität und Evolution
Forschungsgemeinschaft, dem Bundesministerium berufliche Qualifizierung
• Pflanzliche Reproduktionsmechanismen
für Bildung und Forschung, der Europäischen und Entwicklung.
• Wachstum und Stoffwechsel
Union und weiteren Drittmittelgebern eingeworben.
• Mechanismen der Resistenz und
Stresstoleranz
IPK research themes The IPK – yesterday and today Careers at IPK
Novel scientific knowledge and innovation is The institute has enjoyed a long scientific tradition: The IPK employs some 550 staff. Its research infra-
sought within a framework of five interdisciplinary it was founded in 1943 as the Kaiser Wilhelm structure is state-of-the-art, and its scientists are
research themes (see below). The professional Institute for Cultivated Plants Research. Later, integrated into a number of international networks.
skills of IPK’s scientific departments cover the en- it was integrated into the GDR‘s Academy of Both enhancing its staff members‘ career deve-
tire scientific value chain, representing a research Science, then re-established in 1992 as the IPK. lopment and offering equal employment oppor-
effort which spans the range from very basic Over more than 70 years, the institute has deve- tunities underlie many of the institute‘s policies.
through to highly applied topics. The five interdis- loped into one of the world’s leading centres for For example, structured educational and support
ciplinary research themes are: plant research, employing some 250 scientists programmes are provided for PhD students, a
from more than 30 countries. As a member of the number of independent working groups have been
• Concepts for valorization of
Leibniz Society (Leibniz Gemeinschaft), it is able to established with a licence to develop their own
genetic resources
attract matching funds from the Federal Republic scientific profile, and the institute has been cer-
• Genome diversity and evolution
of Germany and the local Federal State of Saxony- tified as a family-friendly employer. In short, the
• Mechanisms of plant reproduction
Anhalt. Additional research funds are granted by institute offers an attractive work place, providing
• Growth and metabolism
the German Research Foundation, the Federal excellent opportunities for both young researchers
• Mechanisms of resistance and
Ministry of Education and Research, the European and more senior colleagues to enhance their quali-
stress tolerance
Union and other external funding agencies. fications and to develop their careers.
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Abteilung Genbank
Gene Bank Department
Die Abteilung Genbank beheimatet die Bundeszentrale ex situ- The Gene bank department is the home of the Federal ex situ Gene
Genbank für landwirtschaftliche und gartenbauliche Kulturpflan- Bank for Agricultural and Horticultural Crop Species. It is one of
zen. Diese zählt zu den weltweit größten Einrichtungen ihrer Art. Ihre the world’s leading institutions of its kind. Its mandate covers the
Aufgaben sind der Erhalt der Sammlung, die Bereitstellung von Samm- conservation of its germplasm collection and the supply of seed
lungsmustern, u. a. für Forschung und Züchtung. Durch den Ausbau der for both research and breeding purposes. The gene bank is to be
digitalen Informationsangebote über die Integration genetischer und expanded to form a digital biological resource centre through the
merkmalsbezogener Informationen mit der Hilfe der Bioinformatik wird development of a digital database which, with the supported of
die Genbank zu einem biologisch-digitalen Ressourcenzentrum erweitert. bioinformatics will capture both genetic and trait-based data.
Die Forschungsarbeiten in der Abteilung sind in drei Bereiche untergliedert. The department’s research activities have been divided into three units,
Sie zielen auf weitere Optimierungen im Erhaltungsmanagement und auf die which aim to further optimize conservation procedures and to enhance the
verbesserte Nutzbarmachung der pflanzengenetischen Ressourcen der utilization of the gene bank‘s plant genetic resources:
Gaterslebener Genbank ab:
The research carried out in the area Taxonomy and Evolution concen-
Die Arbeiten des Bereichs Taxonomie und Evolution konzentrieren sich trates on speciation and the clarification of relationships within selected
auf die Untersuchung von Artbildungsprozessen und die Aufklärung der plant genera. The main focus is on the major crop species barley and
Verwandtschaftsbeziehungen innerhalb ausgewählter Pflanzengattungen. Im wheat; within the past years these studies have generated a number of
Mittelpunkt der Arbeiten stehen die bedeutenden Kulturarten Gerste und important insights into their evolution.
Weizen, über deren Entstehungsgeschichte in den vergangenen Jahren wich-
tige Erkenntnisse gewonnen werden konnten. The programme Characterization and Documentation is devoted to
the development and management of the databases used to store gene
Der Forschungsbereich Charakterisierung und Dokumentation befasst bank data. In order to improve the accessibility of the information acquired
sich mit der Entwicklung und Pflege von Datenbanken zur Speicherung und from a portion of the collection, a particular focus has been placed on the
Bereitstellung genbankbezogener Daten. Um Nutzern mehr Informationen analysis of genetic structure and the identification of agronomically impor-
über Teilsammlungen zur Verfügung stellen zu können, konzentrieren sich die tant genes.
Forschungsarbeiten darüber hinaus auf die Untersuchung ihrer genetischen
Struktur und die Identifizierung agronomisch bedeutsamer Gene. The research carried out under the theme Management and Eval-
uation seeks to improve how the collection is managed. Its priorities
Die Forschungstätigkeiten im Bereich Management und Evaluierung are to expand the cryo-collection and to develop analogous methods for
zielen auf die Verbesserung des Sammlungsmanagements ab. Schwerpunkte selected species such as the potato, to characterize the genetic diversity
sind der Ausbau der cryo-Sammlung und die Entwicklung entsprechender of the collections and to research seed longevity.
Verfahren für ausgewählte Pflanzenarten wie der Kartoffel, die Analyse der
genetischen Diversität von Sammlungsbeständen sowie die Untersuchungen
zur Langlebigkeit von Saatgut.
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Abteilung Züchtungsforschung
Breeding Research Department
Der Pflanzenzüchtung kommt eine Schlüsselrolle bei der Ernährungs- Breeding will play a key part in achieving global food security in the
sicherung der wachsenden Weltbevölkerung zu. In der Abteilung werden context of an increasing global population. Scientists in the depart-
Erkenntnisse und innovative Ansätze erarbeitet, um die Kulturpflanzen- ment are aiming to generate insights and develop innovative ap-
vielfalt für zukünftige Züchtungsaufgaben zu erschließen. Dabei wird an proaches to allow the genetic diversity of crop plants to be better
der Verfahrenskette eines Zuchtgangs entlang geforscht: der Schaffung exploited as a way of achieving future breeding goals. The research
genetischer Variation, der Fixierung von Sorteneltern und der Auswahl spans the entire breeding process, from the induction of genetic
überlegener Genotypen sowie der Erhaltungszüchtung. variation, through the identification of parental material to the selec-
tion of superior genotypes and conservation breeding.
Die Forschungstätigkeiten der Abteilung sind in drei Bereiche gegliedert:
The research activities of the department are organized into three areas:
Der züchterische Fortschritt durch Neuverteilung oder Fixierung genetischer
Merkmale basiert auf der Organisation, Regulierung und Verteilung gene- Breeding progress achieved by recombining or fixing genetic markers is
tischer Information auf chromosomaler Ebene. Die Forschungsarbeiten des based on the organization, regulation and distribution of genetic informa-
Bereichs Chromosomenbiologie fokussieren die Aufklärung der Regula- tion at the chromosomal level. Research in the Chromosome Biology
tion und Evolution von Zellteilungsprozessen sowie die Analyse chromoso- area focuses on revealing the regulation and evolution of cell division
maler Bereiche. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen der Entwicklung pathways and the analysis of chromosomal domains. The knowledge
effizienter züchterischer Werkzeuge. gained will serve to develop efficient breeding tools.
In den vergangenen Jahren konnten mithilfe der omics-Techniken sowohl die Over the past few years both the quantity and the quality of research
Quantität als auch die Qualität der Forschungsdaten erheblich gesteigert data has been greatly enhanced through access to omics technologies.
werden. Die Forschungsaktivitäten des Bereichs Züchtungsinformatik Research activity in the Breeding Informatics area is aimed at gene-
zielen auf Innovationen zur Speicherung und Analyse dieser Daten, um sie rating innovative ways of storing and analyzing such data to render them
für die Züchtung nutzbar zu machen. Darüber hinaus werden Verfahren zur usable for breeding. Additionally, the department seeks to develop and im-
Leistungsvorhersage und der Erforschung der genetischen Architektur land- plement performance predictors and researches the genetic architecture
wirtschaftlich relevanter Merkmale entwickelt und implementiert. of agriculturally relevant traits.
Im Bereich Genomanalyse wird die genetische Architektur komplex ver- The research in the field of Genome Analysis focuses on the genetic
erbter Merkmale untersucht. Kandidatengene für landwirtschaftlich relevante architecture of traits which display complex inheritance. Candidate genes
Eigenschaften wie Samen- oder Korngröße, Ertrag und Resistenzen werden for agriculturally relevant traits such as seed/grain size, yield and disease
identifiziert, validiert und anschließend charakterisiert. Das übergeordnete resistance are being identified, validated and subsequently characterized.
Ziel der Arbeiten ist die Effizienzsteigerung der Vorzüchtung und Züchtung. The overall objective of the research is to increase the efficiency of both
breeding and pre-breeding.
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Abteilung Molekulare Genetik
Molecular Genetics Department
Die Forschungsarbeiten der Abteilung sind auf die Analyse und Modu- Research in the department is aimed at the analysis and manipula-
lation pflanzlicher Leistungen gerichtet. Ein wesentliches Ziel ist es, ein tion of economic yield. The main target is to gain a thorough under-
tieferes Verständnis der Kontrolle und Regulation pflanzlicher Wachs- standing of the control and regulation of plant growth and deve-
tums- und Entwicklungsprozesse und damit verknüpfter Stoffwechsel- lopment and related metabolic pathways, and to embed the basic
leistungen zu erlangen und gewonnene Grundlagenerkenntnisse in insights gained into applied research.
anwendungsorientierte Untersuchungen einzubringen.
The department concentrates on three research areas:
In der Abteilung werden drei Forschungsbereiche intensiv bearbeitet:
The research in the Molecular Biology and Molecular Physiology
Im Bereich Molekularbiologie und molekulare Physiologie pflanz- of Development Processes in the Plant area focuses on under-
licher Entwicklungsprozesse werden die genetischen Ursachen und standing the genetic basis and the molecular mechanisms underlying
molekularen Mechanismen der Variation von Entwicklung und Stoffwechsel- variation in development and metabolism as induced by changes in the
leistungen unter verschiedenen Umweltbedingungen untersucht. Von beson- external environment. Of particular interest are the molecular and physi-
derem Interesse sind dabei ertragsbezogene molekulare und physiologische ological mechanisms related to yield in the context of plant growth and
Vorgänge im Kontext wichtiger Prozesse, wie z. B. dem pflanzlichen Wachstum seed development.
und der Samenbildung.
The basic insights obtained by these studies are reflected by the work of
Die gewonnenen grundlegenden Erkenntnisse erfahren im Bereich the Biotechnology Research area in its focus on developing methods
Biotechnologische Forschung ihren Niederschlag bei der Entwicklung to produce in planta novel molecules of value for pharmaceutical or indus-
von Verfahren u. a. zur Produktion neuartiger pflanzlicher Inhaltsstoffe für phar- trial purposes, to predict the performance of hybrids and to enhance yield,
mazeutische und industrielle Anwendungen, zur Vorhersage der Leistungs- yield stability and seed quality.
fähigkeit von Hybriden sowie zur Steigerung von Ertrag, Ertragsstabilität und
Qualität von Samen und deren Inhaltsstoffen. The third research area is concerned with the Development and Im-
provement of Research Methods and Technologies. A focal point
Ein weiterer Forschungsbereich befasst sich mit der Entwicklung und is the use of bioinformatics to, for example, generate an integrated sys-
Verbesserung von Forschungsmethoden und -technologien. Ein tems-based model of plant growth and development. A further aim is to
Schwerpunkt liegt auf dem Einsatz bioinformatischer Verfahren z. B. für develop experimental resources, technologies and methods which allow
integrative systemorientierte Analysen pflanzlicher Wachstums- und Entwick- the automated, non-invasive assessment of plant traits.
lungsprozesse. Darüber hinaus werden experimentelle Ressourcen, Techno-
logien und Methoden zur automatisierten, nichtinvasiven Erfassung pflanz-
licher Merkmale (Phänotypisierung) erarbeitet.
Abteilung Physiologie und Zellbiologie
Physiology and Cell Biology Department
Die Forschungsarbeiten der Abteilung konzentrieren sich v. a. auf die The department‘s research concentrates primarily on revealing the
Aufklärung der Regulation von Transport- und Stoffwechselvorgängen regulation of transport, metabolism and development in plants and
sowie Entwicklungsprozessen in Pflanzen und mikrobiellen Expressions- certain microbial expression systems. The over-arching goal is to
systemen. Das vorrangige Ziel ist die Optimierung landwirtschaftlich optimize agriculturally relevant traits in crop plants and to develop
relevanter Merkmale in Nutzpflanzen und die Weiterentwicklung bio- biotechnological methods, using a variety of physiological, bio-
technologischer Verfahren. Für diese Zwecke werden physiologisch- chemical, molecular and cell biological approaches.
biochemische, molekulare und zellbiologische Ansätze eingesetzt.
The main focus of the Research on the Significance of Nutrition
Der Membrantransport von Nährstoffen, ihr Metabolismus und Wechsel- for Plant Development area is the membrane transport of nutrients,
beziehungen zwischen Nährstoffen und Pflanzenhormonen stehen im Mit- their metabolism and the interaction between nutrients and plant hor-
telpunkt der Erforschung der Bedeutung der Ernährung für die mones. The research seeks to understand and exploit nutrient uptake and
Entwicklung der Pflanze. Dabei wird die Aufklärung und Nutzbarmachung efficiency, with a particular focus on the root system.
der Prozesse der Nährstoffaufnahme und -effizienz unter besonderer Beach-
tung des Wurzelsystems fokussiert. Research in the Metabolic Pathways of Plant Primary and Secon-
dary Metabolism area studies the metabolic response to unfavorable
Mittels Verfahren der angewandten Biochemie, Physiologie und der Moleku- environmental conditions. This relies on a combination of applied bio-
larbiologie werden Stoffwechselwege des pflanzlichen Primär- und chemistry, physiology and molecular biology approaches. The target is
Sekundärmetabolismus und deren Veränderungen unter ungünstigen to characterize and utilize these pathways to encourage the production
Umwelt- oder Wachstumsbedingungen untersucht. Angestrebt wird die Cha- of health-promoting metabolites, which are associated in the plant with
rakterisierung und Nutzbarmachung der Prozesse zur Anreicherung gesund- stress tolerance.
heitsfördernder Stoffwechselprodukte, welche zur Stressabwehr beitragen.
A further research priority deals with questions regarding the Reproduc-
Ein weiterer Schwerpunkt der Forschungsarbeiten fokussiert Fragen der tive Biology of Plants. In order to optimize biotechnological applications,
Pflanzlichen Reproduktionsbiologie. Um biotechnologische Anwen- key pathways involved in pollen embryogenesis are studied, aiming to
dungen zu optimieren, werden Schlüsselprozesse in der Pollen-Embryo- develop and improve minimally invasive procedures to facilitate the genetic
genese untersucht und minimal invasive Verfahren zur genetischen Verän- modification of several cereal species.
derung verschiedener Getreidearten entwickelt und verbessert.
The research is based on specialized mass spectrometry and microscopy,
Grundlage für die Forschungsarbeiten ist eine breit aufgestellte technolo- which are used to both quantify and qualify the distribution of a wide
gische Plattform, die spezialisierte massenspektrometrische und mikrosko- range of compounds produced in plant tissue and to explore their impact
pische Analysen ermöglicht. Sie werden zur Quantifizierung und Qualifizie- on development.
rung der Verteilung verschiedenster Inhaltsstoffe in pflanzlichen Geweben und
zur Erforschung ihrer Bedeutung für die pflanzliche Entwicklung eingesetzt.
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Die ex situ-Genbank
The ex situ Gene Bank
Bundesweite ex situ-Genbank für landwirtschaft- The Federal ex situ Agricultural and Horticultural
liche und gartenbauliche Kulturpflanzen Crop Species Gene Bank
In der am IPK beheimateten ex situ-Genbank erfolgt die Sammlung, The ex situ Gene Bank, housed at the IPK, is responsible for the cu-
Erhaltung, Charakterisierung, Evaluierung und Dokumentation pflan- ration, conservation, characterization, evaluation and documentati-
zengenetischer Ressourcen. Seit ihrer Gründung hat die Genbank mehr on of crop genetic resources. Since its foundation, over one million
als eine Million Muster an Saat- und Pflanzgut sowie auch die dazu reference seed and seedling samples have been sent out, along
erhobenen Informationen für die Bearbeitung wissenschaftlicher, züch- with related information for the handling of scientific, breeding-rela-
terischer und kulturhistorischer Fragestellungen im In- und Ausland zur ted and historico-cultural issues. The collection, which houses more
Verfügung gestellt. Mit einem Gesamtbestand von über 150.000 Mus- than 150,000 samples derived from some 3,000 species, is one of
tern aus ca. 3.000 Arten zählt die Genbank des IPK zu den weltweit the world’s leading institutions of its kind. The gene bank makes a
größten Einrichtungen ihrer Art. Sie leistet einen wichtigen Beitrag zur major contribution to stemming the erosion of genetic diversity in
Verhinderung des Verlusts der genetischen Vielfalt der Kulturpflanzen both crops and their wild relatives.
und ihrer verwandten Wildarten.
In addition to the facility in Gatersleben (Saxony-Anhalt), the gene bank
Neben Gatersleben in Sachsen-Anhalt verfügt die Genbank über zwei Stand- maintains two sites in Mecklenburg-Vorpommern: one at Gross Lüsewitz
orte in Mecklenburg-Vorpommern: Groß Lüsewitz und Malchow. Dort erfolgt and the other at Malchow. These two sites are responsible for the conser-
die Erhaltung pflanzengenetischer Ressourcen von Öl- und Futterpflanzen vation of oilseed, forage species and potato germplasm.
sowie Kartoffeln.
The bulk of the collection is maintained in a cooled facility in the form
Der größte Teil der Sammlung lagert in Form von Saatgut in speziellen Kühl- of seeds, which can retain their ability to germinate for several decades.
räumen. Die Keimfähigkeit bleibt dort über mehrere Jahrzehnte erhalten. The conservation of material which cannot be stored as seed is achieved
Material, das nicht für Saatgutlagerung geeignet ist, wird als Dauerkulturen im by permanent field plots, by in vitro culture or by cryo conservation.
Feld, durch in vitro-Kultur oder cryo-konserviert erhalten.
Accessions are raised under glass or in the field. The aim is to retain
Die Vermehrung der pflanzengenetischen Ressourcen erfolgt in Gewächs- genetic purity as much as possible. The IPK rejuvenates more than
häusern oder im Freiland. Ziel ist eine weitestgehend genetisch-identische 7,000 accessions per year.
Reproduktion der Sammlungsbestände. Hierzu werden jedes Jahr über
7.000 Muster angebaut. In addition to the living plant collection, the gene bank acts as an interna-
tional information center for crop plant taxonomy through its curation of
Neben den Lebendsammlungen verfügt die Genbank als internationales a comprehensive Botanical Reference Collection. As one of the world’s
Informationszentrum zur Kulturpflanzentaxonomie über eine umfangreiche leading specialized collections of its kind, this collection represents an im-
botanische Vergleichssammlung. Als eine der größten derartigen Spezial- portant reference and working resource for quality assurance purposes.
sammlungen auf der Welt stellt sie für die Qualitätssicherung der Genbank It is used by researchers both at home and abroad.
sowie für Forschungsarbeiten ein wertvolles Vergleichs- und Arbeitsmaterial
dar, das von Fachleuten im In- und Ausland genutzt wird.
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Pflanzenphänotypisierung
Plant phenotyping
Die Gesamtheit aller ausgeprägten Eigenschaften einer Pflanze be- The phenotype represents the sum of a plant’s observable character-
zeichnet man als ihren Phänotyp. Er wird durch das Zusammenspiel istics. It is determined by the interaction between a plant‘s genotype
zwischen den im Erbgut niedergelegten Informationen und den während and its growing environment. Together, these variables control the
der pflanzlichen Entwicklung einwirkenden Umwelteinflüssen bestimmt. structure, functions, performance, resource efficiency and disease/
Diese Zusammenhänge bestimmen die Struktur, Funktionen, Leistungs- pest/stress resistance of a plant. Thus the phenotype is key to food
fähigkeit, Ressourceneffizienz und Widerstandsfähigkeit einer Pflanze production, sustainability and the viability of the bioeconomy.
und spielen daher eine entscheidende Rolle für die Nahrungsmittel-
produktion sowie die Gestaltung einer nachhaltigen Landwirtschaft The IPK plays a leading role in the development, construction and use
und Bioökonomie. of plant phenotyping technologies and methods. Their use facilitates the
acquisition of precise performance data in a high throughput manner
Das IPK nimmt eine führende Rolle bei der Entwicklung, dem Aufbau und der from plants grown under controlled conditions, in a greenhouse or under
Nutzung von Technologien und Verfahren zur Pflanzenphänotypisierung, d. h. field conditions. In this way it is possible to deduce which genetic factors
zur Vermessung pflanzlicher Merkmale, ein. Durch ihre Anwendung werden determine a plant’s phenotype and to understand their interaction with
Leistungen bedeutender Kulturpflanzen im Verlaufe ihrer Entwicklung unter the environment.
kontrollierten Bedingungen im Labor, im Gewächshaus sowie unter natür-
lichen Umweltbedingungen im Freiland präzise und in hohem Durchsatz Use is made predominantly of imaging-based, non-invasive methods to as-
erfasst. Damit können eigenschaftsbestimmende Erbgutfaktoren in ihrem say large numbers of plants for a wide range of traits. The IPK possesses
Wechselspiel mit der Umwelt effizient aufgespürt werden. the bioinformatics competence and infrastructure necessary to capture
and evaluate the data and to combine them with genotypic, molecular
Es werden überwiegend bildgebende, nichtinvasive Verfahren eingesetzt, um biological and biochemical data.
große Zahlen von Pflanzen für vielfältige Merkmale zu untersuchen. Das IPK
besitzt auch die notwendige Bioinformatik-Kompetenz und -Infrastruktur, um The IPK’s ultra modern plant phenotyping infrastructure is of supra-regional
die gewonnen Informationen zu speichern, auszuwerten und mit Kenntnissen importance. Thanks to national, European and international agreements, it
zur genetischen Ausstattung der untersuchten Pflanzen sowie mit umfang- is possible for collaborating research institutions and commercial entities
reichen molekularbiologischen und biochemischen Daten zu verknüpfen. to conduct scientific projects, to explore issues relevant to breeding and to
make further advances in methodology and technology.
Die hochmoderne Pflanzenphänotypisierungsinfrastruktur des IPK ist von
überregionaler Bedeutung. Im Rahmen nationaler, europäischer und inter-
nationaler Netzwerke wird sie auch Nutzern aus anderen kooperierenden
Forschungseinrichtungen und Wirtschaftsunternehmen für die Durchführung
wissenschaftlicher Projekte, zur Klärung züchtungsrelevanter Fragestellungen
und für methodisch-technische Weiterentwicklungen zugänglich gemacht.
Ähren-, Blüten-
und Samenentwicklung
Development of the Pflanzenzüchtung trifft Zytogenetik
inflorescence and seed Plant breeding meets cytogenetics
Der Prozess der Blütenbildung, die Architektur von Getreideähren sowie Die DNA eines Chromosomensatzes im Zellkern enthält den größten Teil
die Form, Größe, stoffliche Zusammensetzung und Keimungseigen- der Erbinformation eines Lebewesens. In der Zytogenetik werden An-
schaften der sich daraus entwickelnden Samen beeinflussen sowohl zahl, Struktur, Regulation und Funktion der Chromosomen und deren
die Qualität als auch den Ertrag von Kulturpflanzen maßgeblich. Auswirkung auf die Eigenschaften von Pflanzen untersucht.
Ein zentrales Ziel der Arbeiten des IPK ist die Erforschung der diesen Zusam- Die Aufklärung chromosomenbiologischer Mechanismen pflanzlicher Repro-
menhängen zugrundeliegenden genetischen, physiologischen und meta- duktionsprozesse und die Entwicklung von Verfahren zu deren Beeinflussung
bolischen Regulationsprinzipien. Das neue Wissen soll genutzt werden, um in Kulturpflanzen ist ein Schwerpunkt der Forschungsarbeiten des IPK. Auf der
Ertragskomponenten und Inhaltsstoffe von Kulturpflanzen wissensbasiert Basis der gewonnenen zytogenetischen Erkenntnisse werden hier innovative
zu verbessern. Pflanzenzüchtungstechnologien entwickelt.
Die für die Untersuchung von Ähren-, Blüten- und Samenentwicklung bevor- Durch Neuverteilung oder Fixierung genetischer Merkmale auf chromoso-
zugten Objekte sind wichtige Getreidearten, wie Gerste und Weizen, aber auch maler Ebene dient das mit der Hilfe moderner Methoden erarbeitete Wissen
Hülsen- und Ölfrüchte. Im Rahmen der Forschungsarbeiten werden sowohl besonders dem züchterischen Fortschritt der bedeutenden Kulturarten, wie
molekularbiologische, bioanalytische sowie innovative bildgebende Verfahren z. B. der Gerste.
eingesetzt und weiterentwickelt.
The formation of the inflorescence, along with the architecture of The DNA housed within the set of chromosomes present in the nu-
the flower/ear and the seed/grains‘ shape, size, composition and cleus encodes most of the genetic information required by a living
ability to germinate are all key to a crop plant‘s yield and quality. organism. The discipline of cytogenetics studies chromosome
number, structure, regulation and function, along with their impact
One of IPK’s key objectives is to explore how these processes are regulated on plant traits.
at the genetic, physiological and metabolic levels. The new knowledge will
be fed into improving the yield and content of crop plants. A major focus of IPK’s research is to reveal the chromosome-based
mechanisms underlying reproduction in plants and to develop methods to
The major plants targeted for these investigations are the leading cereals influence them in crop species. Based on the cytogenetic knowledge thus
barley and wheat, along with certain legume and oilseed species. The acquired, some innovative plant breeding technologies are being developed.
research involves applying and developing a combination of molecular
biological, bioanalytical and innovative imaging techniques. The use of modern methods to recombine or fix genetic markers is sup-
porting breeding progress in some major crop plants, in particular barley.11
Genomsequenzierung Wurzelforschung
Genome sequencing Root research
Erkenntnisse über die genetischen Hintergründe der Eigenschaften von Die Wurzel ist für Wachstum und Gesundheit einer Pflanze von zentraler
Kulturpflanzen sind für die Aufklärung ihrer innerartlichen Vielfalt und Bedeutung. Erkenntnisse der Wurzelforschung können daher einen ent-
deren Entwicklung von zentraler Bedeutung und stellen ein wichtiges scheidenden Beitrag zur Bewältigung wichtiger ernährungsrelevanter
Hilfsmittel für züchterische Zwecke dar. und umweltbezogener Probleme leisten, wie Nahrungsmittelknappheit,
effiziente Nutzung von Düngemitteln oder Bodendegradation.
Daher arbeitet das IPK unter Einsatz technischer Innovationen an der Ent-
schlüsselung der Genome verschiedener Kulturarten, um deren Struktur Das IPK trägt der Bedeutung der Wurzelforschung als Grundlage für eine
und Funktion aufzuklären. Die wichtigen Getreidearten Gerste, Weizen und nachhaltige und effiziente Ressourcennutzung Rechnung, in dem es sich mit
Roggen stehen dabei im Zentrum der Aufmerksamkeit. Auch die dafür not- der Anpassung morphologischer und physiologischer Prozesse des Wurzel-
wendigen Strategien und Verfahren werden hier entwickelt und weiter ver- systems an limitierende Wachstumsbedingungen im Boden beschäftigt.
bessert.
Dabei werden v. a. die Gestalt der Wurzel und deren Ausscheidungsprodukte,
Die gemeinsam mit internationalen Partnern erarbeiteten Genomsequenzen die Wurzelexsudate, untersucht. Erstere bestimmt das erschließbare Boden-
sind ein Durchbruch für die Grundlagenforschung und Züchtung. Sie ermög- volumen. Letztere tragen zur effizienten Nährstoffnutzung und zur Stress-
lichen es, den Zusammenhang zwischen dem genetischen Bauplan bedeu- resistenz der Pflanzen bei. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen der ziel-
tender Nutzpflanzen und ihren Merkmalen zu verstehen und für zukünftige gerichteten Adressierung des Wurzelsystems in der Pflanzenzüchtung.
Qualitäts- und Ertragssteigerungen verfügbar zu machen.
An understanding of the genetic basis of the properties of crop The root is of central importance to the growth and health of plants.
plants is of vital importance for revealing their intraspecific diversity Root research can make vital contributions to solving central
and its development; this represents an important tool for breeding. problems surrounding nutrition and the environment, such as food
shortage, the efficient use of fertilizer and soil degradation.
Hence the IPK, through the application of technical innovations, is involved
in efforts to acquire the genomes of various crop species with a view to elu- Recognizing the importance of root research as a basis for a sustainable
cidating their structure and function. The focus is on the important cereal and efficient use of resources, IPK has chosen to study the adjustments
species barley, wheat and rye. The necessary strategies and methods are induced in the root system‘s morphology and physiology when plants are
under development and improvement at IPK. exposed to soils which are non-optimal for growth.
To this end, research is focused expressly on root morphology and the na-
The annotated genome sequences established in collaboration with inter-
ture of root exudates. The former determines, how much of the soil can be
national partners represent a breakthrough both for basic research and for
exploited by the roots; the latter contributes to the efficiency of nutrient
breeding purposes. They will facilitate our ability to comprehend the con-
use and the tolerance of the plant to stress. This novel knowledge has the
nection between the genetic blueprint and the characteristics of important
potential to be applied in a plant breeding context to achieve improvements
crop plants, and to utilize this knowledge to breed for enhancements to
regarding the root system.
quality and yield.Leibniz-Institut für Pflanzengenetik
und Kulturpflanzenforschung (IPK)
Leibniz Institute of Plant Genetics
and Crop Plant Research (IPK)
Corrensstraße 3
D-06466 Seeland, OT Gatersleben
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