Fungal community profiles in agricultural soils of a long-term field trial under different tillage, fertilization and crop rotation conditions analyzed by high-throughput ITS-amplicon sequencingLoreen Sommermann , Joerg Geistlinger, Daniel Wibberg, Annette Deubel, Jessica Zwanzig, Doreen Babin, Andreas Schlüter, Ingo Schellenberg

Autoren:

• Loreen Sommermann
• Joerg Geistlinger
• Daniel Wibberg
• Annette Deubel
• Jessica Zwanzig
• Doreen Babin
• Andreas Schlüter
• Ingo Schellenberg

Veröffentlicht in: PLOS ONE, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0195345; 05.04.2018

Metaline

Aufbau einer Plattform zur Extraktion, biologischen Testung und Formulierung bioaktiver Metaboliten mit potentieller antikanzerogener und antifungaler Aktivität aus schwermetallbelasteten Pilz/Pflanzen-Gemeinschaften

Projektpartner:

• Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für Organische Chemie

MetaLine ist ein Gemeinschaftsprojekt der Hochschule Anhalt und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg dessen Ziel es ist, bioaktive Sekundärmetaboliten für kosmetische, pharmazeutische und landwirtschaftliche Anwendungen in einem Mehrstufenprogramm zu evaluieren. Untersuchungsobjekt sind biotechnologisch noch nicht untersuchte pilzliche Endophyten isoliert aus Schwermetall-Pflanzengesellschaften. Diese sollen taxonomisch bestimmt und in einem gerichteten, biologischen Screening auf wirksame Metaboliten untersucht werden. Die Bearbeitung des Projektes ist dabei in drei Phasen unterteilt: In Phase I erfolgt die Sammlung des Wurzelmaterials auserwählter Pflanzenspezies sowohl für die Isolierung endophytischer Pilze als auch für deren mikroskopische Visualisierung. Im Rahmen eines Dualkultur-Assays (Co-Kultivierung zweier Mikroorganismen) wird die antagonistische Wirkung isolierter Reinisolate gegen landwirtschaftlich relevante phytopathogene Pilze, wie Alternaria brassicicola, Phytophthora capsici oder Sclerotinia sclerotiorum, bestimmt. Positive Ergebnisse sind durch eine Hemmhofbildung bzw. geringeres Wachstums des phytopathogenen Erregers im Vergleich zu einer Kontrolle zu erkennen. Im Anschluss werden biologisch aktive Pilzisolate dem Kultivierungs- bzw. Extraktionsprozess unterworfen, wobei die antifungale Wirkung generierter Extrakte mittels Lochtest ermittelt wird. Phase II und III dienen, gekoppelt mit der Screening-Plattform, zur Isolierung sowie strukturellen Identifizierung bioaktiver Reinsubstanzen aus dem in Phase I generierten Rohextrakten und deren Aktivitätssteigerung durch Semisynthese.

Chemometric tools for identification of volatile aroma-active compounds in oregano

Autoren:

• Bansleben, A.-C.
• Schellenberg, I.
• Einax, J.W.
• Schaefer, K.
• Ulrich, D.
• Bansleben, D.

Veröffentlicht in: Analytical and Bioanalytical Chemistry, Volume 395, Issue 5, November 2009, Pages 1503-1512

One of the purposes of chemical analysis is to find quick and efficient methods to answer complex analytical questions in the life sciences. New analytical methods, in particular, produce a flood of data which are often very badly arranged. An effective way to overcome this problem is to apply chemometric methods. As part of the following investigations, three brands of oregano were analysed to identify their volatile aroma-active compounds. Two techniques were applied-gas chromatograpy-olfactometry (GC-O) and human sensory evaluation. Aroma-impact compounds could be identified in the main brands of oregano with the aid of chemometric methods (principal-components analysis, hierarchical cluster analysis, linear discriminant analysis, partial least-squares regression). Therefore, it is possible to reduce the analysis of sensory and olfactometry to relevant attributes. This makes classifying new species easier, much faster, and less expensive and is the premise for quick and more economic identification of new potential genotypes for oregano plant breeding. A comprehensive list of oregano key odourants, determined by GC-O and human sensory evaluation using different methods of supervised and unsupervised pattern cognition, has not previously been published.

Effects of mycorrhization on amount and composition of essential oils of marjoram (Majorana Hortensis), caraway (Carum carvi L.) and thyme (Thymus vulgaris L.)

Autoren:

• Richter, J.
• Stützer, M.
• Reichardt, I.
• Kabrodt, K.
• Schellenberg, I.

Veröffentlicht in: Renewable Resources and Plant Biotechnology, 2006, Pages 93-106

The focus of this chapter are essential oils of herbal and medicinal plants. The represented investigations show the changes of these compounds belonging to renewable resources by means of mycorrhization. Arbuscular mycorrhizal fungi form a symbiosis with many plant species. Amongst many positive effects of mycorrhization, such as enhancement of plant growth or plant resistance, the influences of arbuscular mycorrhizal fungi on concentration and quality of essential oils in herbal and medicinal plants have been analysed. The qualitative and quantitative composition of essential oils of mycorrhized and non-mycorrhized plants of marjoram, thyme, and caraway has been determined by steam distillation and HS-SPME/GC. The identification of the ingredients of the essential oils was carried out by mass spectrometry and with the help of reference substances. Marjoram, caraway and thyme each have been cultivated with and without the use of a mycorrhiza inoculum in greenhouse trials as well as in field tests. The results of the analyses of mycorrhized and non-mycorrhized plants show effects of mycorrhization on amount as well as composition of the essential oils of marjoram, caraway and thyme.

Entwicklung einer analytischen Methode zur Bestimmung von α- und β-Carotin in verschiedenen Probenmatrizes

Angefertigt von: Kai Weidlich

1. Gutachter: Prof. Dr. Ingo Schellenberg
2. Gutachter: Dr. Katrin Kabrodt
3.  Gutachter: Mario Scharmer

Im Rahmen dieser Arbeit sollte eine bereits existierende Methode zur Bestimmung von β-Carotin auf die zusätzliche Bestimmung von α-Carotin erweitert werden. Beide Verbindungen sind in Obst und Gemüse natürlich enthalten und durch ihre Provitamin-A-Wirkung für die menschliche Ernährung wichtig. Beide Analyten werden in der Lebensmitteluntersuchung nach DIN EN 12823 bestimmt. Da diese Methode relativ langwierige Probenvorbereitungsschritte wie z.B. eine Verseifung enthält, sollte auch die Probenvorbereitung in den eigenen Untersuchungen mit berücksichtigt werden. Ziel sollte es sein, den Verseifungsschritt zu vermeiden. Als Probenmatrizes wurden Karotten, Süßkartoffeln und Babybrei gewählt. Im Theorieteil wird kurz auf die gewählten Proben sowie bereits vorhandene Probenvorbereitungs- und Analysenmethoden eingegangen. Des Weiteren werden die verwendeten Geräte kurz beschrieben. Im Methodenteil dieser Arbeit werden die zugehörigen Methodenparameter genannt. Der Ergebnisteil zeigt die endgültige Probenvorbereitung, die Optimierungsschritte bis hin zur finalen Methode und die Messergebnisse der Lebensmittelproben. Abschließend wird noch ein Ausblick auf weitere Untersuchungsansätze in Hinblick auf die Probenvorbereitung und Analysendauer gegeben.

Six years of INSTAND e. V. sIgE proficiency testing: An evaluation of in vitro allergy diagnostics

Autoren:

• Wojtalewicz, N.
• Goseberg, S.
• Kabrodt, K.
• Schellenberg, I.

Veröffentlicht in: Allergo Journal, Volume 26, Issue 2, March 2017, Pages 20-29

Background: Even though allergies are an important health issue, wide manufacturer-dependent differences in the detected amounts of allergen- specific IgE (sIgE) have repeatedly been found. .ese discrepancies hinder diagnostics and research into clinically significant cuto. points for life-threatening symptoms. Methods: To evaluate whether the reported di.erences have led to changes in diagnostic testing, we analyzed data from six years of round robin testing (RRT, also known as proficiency testing) at the Institute of Standardization and Quality Control in Medical Laboratories (INSTAND e. V.) for the important allergen sources bee venom, wasp venom, and birch pollen. .e results of the four main suppliers of in vitro diagnostic sIgE testing were compared in a pseudo-anonymized form using overlay images of box plot graphs for the semiquantitative data and allergen class results. Coe.cients of variation (CV) were obtained to study the development of interlaboratory comparability. Results: We found t hat t he l arge d i.erences b etween the manufacturer collectives remained constant between January 2010 and April 2015 without any real improvement. .e CVs were good for two of the four analyzed suppliers, one was marginal and one above the quality level of 20 %. Conclusion: .e numerous publications that have found discrepancies in the sIgE results of the di.erent suppliers did not change the status quo within the last six years. Unfortunately, this is unlikely to change until there is a characterized standard material with known values of sIgE.

WIGRATEC+ – „Entwicklung eines PAT-Tools für Inline-Qualitätskontrolle bei Coatinganwendungen“

Teilprojekt 6.5 – „Referenzanalytik als Grundlage zur Entwicklung eines Messverfahrens auf Basis bildgebender Spektroskopie (HyperSpectralImaging)“

Verbundpartner:

• Glatt Ingenieurtechnik GmbH
• Parsum GmbH
• Fzmb GmbH
• SalutasPharma GmbH
• Hochschule Anhalt / AG IBAS
• Hochschule Anhalt / AG Prof. Wolf

Zur Entwicklung eines messtechnischen Systems mit Auswertemethodik auf der Basis einer bildgebende Spektroskopie (HyperSpectral Imaging) zur online/inline-Quantifizierung der Coatingqualität bei Chargen- und Kontiprozessen ist es entscheidend, entsprechende referenzanalytische Untersuchungen durchzuführen. Diese sind erforderlich, da das auf NIR-Absorptionsmessungen basierende System die gewünschten Kenngrößen nur indirekt erfassen kann und somit entsprechend kalibriert werden muss. Die für eine solche Kalibrierung notwendigen Referenzmessungen stellen im Vergleich zu den Referenzanalysen im Rahmen von WIGRATEC  eine neue Qualität dar. Ging es im Rahmen von WIGRATEC vor allem um die Konzentrationsbestimmung von bestimmten Ziel-/Wirkkomponenten in quasihomogenen Granulaten, sind in diesem Vorhaben analytische Untersuchungen von mehrschichtigen Granulaten unter unterschiedlichsten Aspekten durchzuführen. Zur Realisierung dieser Aufgabenstellungen müssen neue, für die erforderlichen Zielstellungen geeignete Methoden entwickelt und validiert werden. Einen zeitlich großen Aufwand wird dabei auch die Entwicklung der notwendigen Technologien zur Probenvorbereitung als Voraussetzung für eine qualitative hochwertige quantitative Analyse in Anspruch nehmen. Neben den rein analytischen Arbeiten müssen auch Möglichkeiten zur Herstellung von Probekörpern (Granulaten) mit genau definierten Eigenschaften insbesondere hinsichtlich der Coatingschichten entwickelt und die erforderlichen Mengen hergestellt werden. Für die Überprüfung der Funktionalität der neuen Messmethode für die angestrebten Einsatzbedingungen gilt es auch Granulate herzustellen, die über definierte Schadstellen und über Schichtdickenverteilungen in den Coatingschichten verfügen. Die Lösung dieser Aufgabenstellungen ist mit den im Rahmen von WIGRATEC bearbeiteten Aufgabenstellungen nicht vergleichbar. Mit einem entsprechend optimierten HSI System wird es erstmalig möglich sein, die Konzentrationsverteilung auf Granulaten oder/bzw. die Homogentität/Konzentrationsverteilung von Granulatverbänden direkt im Prozess qualitativ zu erfassen, was die Grundlage einer schnellen und zielgerichteten Einflussnahme auf den Prozess selbst bildet. Die Erzeugung von Fehlchargen oder qualitätsgeminderten Produkten wird damit deutlich reduziert, was dem Anwender dieser neuen Technik einen deutlichen Vorsprung gegenüber den Mitbewerbern bringen würde. Durch die Reduzierung/Vermeidung von Fehlchargen ist besonders bei der Herstellung sehr teurer Produkte eine hohe Kostenreduzierung zu erwarten.

 

BonaRes – Boden als nachhaltige Ressource für die Bioökonomie

„BonaRes – Boden als nachhaltige Ressource für die Bioökonomie“ ist eine Initiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung im Rahmen der „Nationalen Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030“. Der Schwerpunkt ist die Aufklärung der Bedeutung biotischer Bodenfaktoren. Das Ziel besteht darin, durch interdisziplinäre Forschungsansätze und Anwendung bzw. Entwicklung moderner Methodik zu validen Aussagen über die komplexe Funktionalität von Böden zu kommen. Die gewonnenen Ergebnisse sollen es erlauben, zuverlässige Handlungsoptionen für eine nachhaltige Bodennutzung zu formulieren.

 

Teilprojekt: DiControl

Forschungspartner:

• Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ-Großbeeren)
• Hochschule Anhalt
• Julius Kühn–Institut
• Universität Bielefeld (CeBiTec)
• Universität Hohenheim
• Helmholtz Zentrum München (HMGU)
• European Center for Sustainability Research (ECS)

Das DiControl Projekt: Auswirkungen des pflanzenbaulichen Managements sowie der Anwendung mikrobieller Biokontrollstämme auf Bodengesundheit und Suppressivität gegenüber Pathogenen im Rahmen einer nachhaltigen Pflanzenproduktion.
Die Fähigkeit eines Bodens bzw. seines Mikrobioms, Pathogene zu unterdrücken, ist ein Charakteristikum gesunden Bodens. Ein besseres Verständnis des Einflusses pflanzenbaulicher Maßnahmen auf das Boden-Mikrobiom und dessen suppressive Wirkung gegenüber Pathogenen ist Voraussetzung für die Entwicklung von Anbaustrategien, die eine nachhaltige Pflanzenproduktion gewährleisten. Ziel des Projekts ist es, in einer vergleichenden Analyse den Einfluss von langfristigen pflanzenbaulichen Maßnahmen (intensiv vs. konservierend) auf die Struktur und Funktion des Mikrobioms des Bodens und der assoziierten Rhizosphäre zu untersuchen. Gleichzeitig werden Analysen der Wurzelexsudation einbezogen, die stimulierende wie auch hemmende Effekte auf das Rhizosphäre-Mikrobiom einschließlich seiner Pathogene ausüben können. Die Charakterisierung der Mikrobiome konzentriert sich sowohl auf bakterielle als auch auf pilzliche Gemeinschaften, deren Struktur und Funktion mittels neuester molekularer Techniken (Metagenom-Analyse) aufgeklärt werden sollen. Es erfolgt eine vergleichende Analyse von Boden- und Rhizosphäre-Mikrobiom aus in Langzeitversuchen intensiv und extensiv genutzten Böden (u.a. am Langzeitversuch Westerfeld in Bernburg-Strenzfeld), deren suppressive Wirkung gegenüber Pathogenen charakterisiert wird. Die Ergebnisse sollen zeigen, welche mikrobiellen Taxa für die Suppressivität verantwortlich sind. Die Ergebnisse der Mikrobiom-Analysen werden mit Daten der Boden- und Pflanzencharakteristika ausgewertet und ein Modellsystem zur Bewertung von Anbaumaßnahmen in Bezug auf die Pflanzenproduktivität entwickelt.

SSR markers for Trichoderma virens: their evaluation and application to identify and quantify root-endophytic strains

Autoren:

• J. Geistlinger
• J. Zwanzig
• S. Heckendroff
• I. Schellenberg

Veröffentliche in: Diversity 7(4):360-384

Using biological fertilizers and pesticides based on beneficial soil microbes in order to reduce mineral fertilizers and chemical pesticides in conventional agriculture is still a matter of debate. In this regard, a European research project seeks to elucidate the role of root-endophytic fungi and to develop molecular tools to trace and quantify these fungi in the rhizosphere and root tissue. To do this, the draft genome sequence of the biocontrol fungus Trichoderma virens (T. virens) was screened for simple sequence repeats (SSRs) and primers were developed for 12 distinct loci. Primers were evaluated using a global collection of ten isolates where an average of 7.42 alleles per locus was detected. Nei’s standard genetic distance ranged from 0.18 to 0.27 among the isolates, and the grand mean of haploid diversity in AMOVA analysis was 0.693 ± 0.019. Roots of tomato plants were inoculated with different strains and harvested six weeks later. Subsequent PCR amplification identified root-endophytic strains and co-colonization of roots by different strains. Markers were applied to qPCR to quantify T. virens strains in root tissue and to determine their identity using allele-specific melting curve analysis. Thus, the root-endophytic lifestyle of T. virens was confirmed, strains in roots were quantified and simultaneous colonization of roots by different strains was observed.

Untersuchungen zur antifungalen Wirkung der Wurzelextrakte und Fraktionen aus Rheum rhabarbarum L. gegenüber dem Pflanzenpathogen Phytophthora capsici Leonian am Modellsystem Tomate

Angefertigt von: Loreen Sommermann

1. Gutachter: Prof. Dr. Ingo Schellenberg
2. Gutachter: Dr. Helmut Baltruschat

Subject of this master thesis was to test the antifungal effect of obtained fractions of rhubarb extract against Phytophthora capsici. In addition to that, the composition of the substances contained in those fractions were analyzed to derive a correlation between their antifungal activity and their structure. In order to achieve that, a model system of tomato (as host) and Phytophthora capsici has been established at the Institute of Bioanalytical Sciences. The antifungal assays have been investigated using a leaf segment test. According to this system, leafs were inoculated with a zoospore suspension of Phytophthora capsici and later the infected parts were estimated. Depending on these tests, the fractions have been analyzed for typical substances contained in Rheum spp. The literature part gives a review about Rheum spp., Phytophthora capsici and the fundamentals of the used methods. The third part of this thesis, holds information about these methods and their parameters. The results of the antifungal activity as well as the analyzed substances of the fractions are described in the fourth part in more detail. In combination with the above-mentioned studies, the results were derived and discussed concerning the antifungal activity. The final part of the thesis is a summary of this thesis as well as a prospect of subsequent investigations related to this topic.