2013 research outputs found
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Diagnostics and genome analysis of phloem-limited phytopathogenic bacteria
Get PDFThis thesis contributes to improving the epidemiological understanding of Candidatus Arsenophonus phytopathogenicus and bacteria of the provisional taxon Candidatus Phytoplasma by applying genetic markers for identification, differentiation, and phylogenetic reconstruction of this economically relevant plant pathogens.Diese Arbeit trägt zu einem verbesserten epidemiologischen Verständnis von Candidatus Arsenophonus phytopathogenicus sowie Bakterien des provisorischen Taxons Candidatus Phytoplasma bei durch die Verwendung genetischer Marker zur Identifizierung, Differenzierung und phylogenetischen Rekonstruktion dieser wirtschaftlich relevanten Pflanzenpathogene
Gibberella ear rot resistance in European maize : genetic analysis by complementary mapping approaches and improvement with genomic selection
Get PDFDuring the last decades, implementation of molecular markers such as single nucleotide polymorphisms (SNPs) has transformed plant breeding practices from conventional phenotypic selection to marker-assisted selection (MAS) and genomic selection (GS) that are more precise, faster and less resource-consuming. In this dissertation, we investigated these three selection approaches for improving the polygenic trait Gibberella ear rot (GER) resistance in maize (Zea mays L.), which is an important fungal disease in Europe and North America leading to reduced grain yield and grain contaminated with mycotoxins such as deoxynivalenol (DON) and zearalenone (ZON).
Three different sets of materials were evaluated in multiple environments and analyzed for different objectives. In the first study, five flint doubled-haploid (DH) families (with size 43 to 204) inter-connected at various levels through common parents, were generated in an incomplete half-diallel design with four parental lines developed by the University of Hohenheim. Significant genotypic variances and generally high heritabilities were observed for all three traits (i.e., GER, DON and days to silking (DS)) in all families, implying good prospects for resistance breeding and phenotypic selection against GER across different environments in European maize germplasm. Genetic correlations were extremely tight between DON and GER and moderately negative for DS with DON or GER, suggesting that indirect selection against GER would be efficient to reduce DON, but maturity should be considered in GER resistance breeding. Using a high-density consensus map with 2,472 marker loci, we compared classical bi-parental mapping of QTL (quantitative trait locus/loci) with multi-parental QTL mapping conducted with joint families and using four different biometric models. Multi-parental QTL mapping models identified all and even further QTL than the bi-parental QTL mapping model conducted within each family. Interestingly, QTL for DON and GER were mostly family-specific, yet multiple families had several common QTL for DS. Many QTL displayed large additive effects and most favorable alleles originated from the highly resistant parent. Interactions between detected QTL and genetic background (family) were rare and had comparatively small effects. Multi-parental QTL mapping models generally did not yield higher prediction accuracy than the bi-parental QTL mapping model for all traits.
In the second study, two diversity panels consisting of 130 elite European dent and 114 flint lines, respectively, from the University of Hohenheim were evaluated and subject to a genome-wide association study within each pool. Similar to the first study, highly significant genotypic and genotype × environment interaction variances were observed for GER, DON and DS. Heritabilities were moderately high for GER and DON and high for DS in both pools. Estimated genomic correlations between pools were close to zero for DON and DS, and slightly higher for GER. The detected QTL for DON were all specific to each heterotic pool and none of them was in common with previously detected QTL. Furthermore, no QTL was detected for GER and DS in both pools. Genomic prediction (GP) across pools yielded low or even negative prediction accuracy for all traits. When the training set (TS) size was increased by combining lines from both heterotic pools, the combined-pool GP approaches had no higher prediction accuracy than the within-pool GP approach. Different from expectation, method BayesB did not outperform genomic best linear unbiased prediction (GBLUP).
In the third study, we analyzed two backcross (BC) families derived from a resistant and a susceptible recurrent parent. Both BC populations differed substantially in their means for all traits, suggesting that the two recurrent parents have different QTL alleles for GER resistance. Relatively high correlations were observed between DON and ZON concentrations measured by immunoassays and GER visual severity scoring and NIRS (near-infrared spectroscopy) within each BC population. Thus, the mycotoxin content in grain can reliably be reduced by directional selection for GER severity and NIRS measurements that are less expensive and less laborious.
In conclusion, GER resistance in European maize germplasm can be effectively improved through breeding with resistant donor lines. GER visual severity scoring and NIRS measurements were found to be reliable predictors for DON and ZON concentrations in grain. We observed that QTL for GER and DON are mostly specific to a few families or a limited number of materials, whereas QTL for DS are more commonly shared between families. The multi-parental QTL mapping approach is complementary to the classical bi-parental QTL mapping in that the latter has generally higher power to identify rare but large-effect QTL for traits such as GER and DON, whereas the former is superior in detecting common but small-effect QTL for traits such as DS. Composing the TS with materials more closely related to the prediction set and increasing the TS size generally resulted in higher prediction accuracy for MAS and GS, irrespective of the trait and statistical model.In den letzten Jahrzehnten hat die Anwendung molekularer Markern wie z.B. Single Nucleotide Polymorphismen (SNPs) die praktische Pflanzenzüchtung von der konventionellen phänotypischen Selektion hin zur markergestützten Selektion (MAS) und genomischen Selektion (GS) verändert, da letztere Methoden oft präziser, schneller und weniger ressourcenintensiv sind. In dieser Dissertation untersuchten wir diese drei Selektionsansätze zur Verbesserung des polygenen Merkmals der Gibberella-Kolbenfäule (GER)-Resistenz bei Mais (Zea mays L.), einer in Europa und Nordamerika bedeutenden Pilzkrankheit, die zu verringertem Kornertrag und zu kontaminiertem Erntegut führt, belastet mit Mykotoxinen wie Deoxynivalenol (DON) und Zearalenone (ZON).
In dieser Arbeit wurden drei verschiedene Materialsätze von Maisinzuchtlinien in mehreren Umwelten evaluiert und für unterschiedliche Ziele analysiert. In der ersten Studie wurden fünf Doppelhaploiden(DH)-Familien (Größe 43 bis 204), die durch gemeinsame Eltern untereinander verwandt waren, in einem unvollständigen Halb-Diallel-Design mit vier von der Universität Hohenheim entwickelten Flint-Elternlinien generiert. Signifikante genotypische Varianzen und allgemein hohe Heritabilitäten wurden für alle drei untersuchten Merkmale (GER, DON und Tage bis zur weiblichen Blüte (DS)) in allen Familien beobachtet, was gute Erfolgsaussichten für Resistenzzüchtung und phänotypische Selektion gegen GER in verschiedenen Umwelten im europäischen Zuchtmaterial verspricht. Die genetischen Korrelationen zwischen DON und GER waren extrem eng und für DS mit DON oder GER moderat negativ. Dies deutet darauf hin, dass eine indirekte Selektion gegen GER effizient wäre, um die DON-Konzentration zu reduzieren, jedoch die Reife bei der GER-Resistenzzüchtung in Betracht gezogen werden sollte. Unter Verwendung einer hochdichten Konsensus-Karte mit 2.472 Marker Loci verglichen wir die klassische bi-parentale Kartierung von QTL (quantitative trait locus/loci) mit der multi-parentalen QTL-Kartierung, wozu alle Familien and vier verschiedene biometrische Modelle herangezogen wurden. Mit multi-parentale QTL-Kartierung-Modellen wurden alle und sogar noch weitere QTL identifiziert als mit dem bi-parentale QTL-Kartierung-Modell, das jeweils innerhalb jeder Familie verwendet wurde. Interessanterweise waren die QTL für DON und GER meist familienspezifisch, während für DS verschiedene Familien mehrere gemeinsame QTL aufwiesen. Viele QTL zeigten bedeutende additive Gen-Effekte und die günstigsten Allele stammten vom hochresistenten Elter. Interaktionen zwischen den detektierten QTL und dem genetischen Hintergrund (Familie) waren selten und hatten vergleichsweise geringe Effekte. Multi-parentale QTL-Mapping-Modelle ergaben meist keine höhere Vorhersagegenauigkeit als bi-parentale QTL-Kartierung-Modelle für alle Merkmale.
In der zweiten Studie wurden zwei Diversitäts-Panels bestehend aus 130 europäischen Elite Dent- bzw. 114 Flint-Linien der Universität Hohenheim evaluiert und innerhalb jedes Pools einer genomweiten Assoziationsstudie unterzogen. Ähnlich wie in der ersten Studie wurden für GER, DON und DS hochsignifikante genotypische Varianzen und Genotyp × Umwelt-Interaktionsvarianzen beobachtet. Die Heritabilitäten waren mittelhoch für GER und DON und hoch für DS in beiden Pools. Die geschätzten genomischen Korrelationen zwischen den Pools waren für DON und DS nahe Null und für GER etwas höher. Die nachgewiesenen QTL für DON waren alle spezifisch für den jeweiligen Pool und verschieden von zuvor detektierten QTL. Darüber hinaus wurde in beiden Pools kein QTL für GER und DS gefunden. Die genomische Vorhersage (GP) über Pools hinweg ergab eine geringe oder gar negative Vorhersagegenauigkeit für alle Merkmale. Selbst wenn die Größe des Training-Satzes durch Kombinieren von Linien aus beiden heterotischen Pools erhöht wurde, hatten die GP-Ansätze mit kombinierten Pools keine höhere Vorhersagegenauigkeit als der GP-Ansatz innerhalb eines Pools. Anders als erwartet war beim Vergleich der statistischen Verfahren die BayesB Methode der genomischen besten linearen unverzerrten Vorhersage (GBLUP) hinsichtlich der Vorhersagegenauigkeit nicht überlegen.
In der dritten Studie analysierten wir zwei Rückkreuzungsfamilien (BC), die von einem resistenten und einem anfälligen rekurrenten Elter stammten. Beide BC-Populationen unterschieden sich erheblich in ihren Mittelwerten für alle Merkmale, was darauf hindeutet, dass die beiden rekurrenten Eltern unterschiedliche QTL-Allele für GER-Resistenz besitzen. Zwischen DON- und ZON-Konzentrationen Relativ wurde hohe Korrelationen beobachtet. Neben Immunoassays wurde auch visuelle Bonituren für den Befallsgrad von GER sowie NIRS(Nah-Infrarot-Spektroskopie)-Messungen am Erntegut innerhalb jeder BC-Population durchgeführt. Danach stellt eine Selektion basierend auf visuellen Bonituren des Befalls von GER oder NIRS-Messungen am Erntegut einen effizienten und kostengünstigen Ansatz zur Reduzierung des Mykotoxin-Gehalts dar.
Zusammenfassend lässt sich aus den Ergebnissen ableiten, dass die GER-Resistenz im europäischen Mais durch Züchtung mit Hilfe resistenter Donoren effektiv verbessert werden kann. Die visuelle Bonitur des GER-Befallsgrades und NIRS-Messungen am vermahlenen Erntegut erwiesen sich als zuverlässige Indikatoren für die Rangierung von Genotypen hinsichtlich der DON- und ZON-Konzentration in Maiskörnern. Die detektierten QTL für GER und DON waren meist spezifisch für einige wenige Familien, während für DS häufiger gemeinsame QTL in mehreren Familien vorlagen. Der Ansatz der multi-parentalen QTL-Kartierung ergänzt die klassische bi-parentale QTL-Kartierung insofern, als letztere meist eine höhere Aussagekraft hat, um seltene QTL-Allele mit großem Effekt für Merkmale wie GER und DON zu detektieren, während erstere bei der Detektion von häufig vorkommenden QTL-Allelen mit geringem Effekt für Merkmale wie DS überlegen ist. Unabhängig vom Merkmal und dem verwendeten statistischen Verfahren konnte die Vorhersagegenauigkeit für MAS und GS durch eine engere Verwandtschaft zwischen dem zur Selektion vorgesehenen Zuchtmaterial und dem Trainingssatz und einer Vergrößerung desselben verbessert werden
HybridMeat - products from animal and plant sources
Get PDFConsumer diversification and concerns about insufficient protein supply and global malnutrition demand for an exploitation of alternative protein sources such as plant proteins. While manufacturers have made substantial progress in industrially scaled extraction processes and structuring of plant proteins e.g. by extrusion, there is still a lack of information on their fundamental functional and organoleptic properties and interactions with other ingredients in traditional formulations. As a result, food product developers are facing a lot of challenges and are often forced to base their work on trial-and-error rather than mechanistically guided approaches. This is in particular the case for foods where complex raw material requirements and production processes make the manufacture of products with high acceptance and shelf stability not trivial. This includes the design of hybrid meat products that are composed of mixtures of meat and plant proteins. There, traditional meat products are often set as a benchmark, making the performance of such mixed products mostly unsatisfactory. Establishing composition material property functionality relationships may be a first step to overcome these obstacles. Therefore, a variety of plant proteins was assessed for their composition, physicochemical properties, and techno functionalities to gain an understanding of their suitability for the formulation of hybrid meat products. This included their dispersibility, the miscibility of select plant protein fractions with solubilized meat proteins at varying pH and mixing ratios, and the characterization of their odor-active compounds. The latter included powdered as well as extruded plant proteins due to their increasing relevance in the manufacture of hybrid meat and analogue products. Following this, plant proteins were screened in terms of their performance in hybrid meat formulations and during traditional manufacture with a special focus on dry cured products in order to define feasible protein sources and application thresholds.
The first part of this thesis showed that aqueous solubility, native pH, and appearance of a variety of 26 plant protein powders from carbohydrate and vegetable oil production correlated with purity and the extraction process. Solubility ranged from as low as 4 % to as high as 100 % based on the protein concentration and prevalence of select protein fractions. For example, large amounts of prolamins (wheat) or glutelins (rice, pumpkin) resulted in low values, while high shares of albumins and globulins promoted moderate to high solubility in sunflower, pea, and potato proteins. A highly soluble (100 %) small molecular weight fraction ( pI) transitioned to two-phased/aggregated ones mediated by interactions (pH ≤ pI) in between individual meat and meat and potato proteins. This resulted in dense, irregularly shaped meat-potato heteroprotein particles, that deviated from the characteristic assembly of pure meat proteins into regular, anisotropic aggregates. A perturbing effect of potato proteins on the structural, organized association of meat proteins below their pI was found. Protein-protein interactions were based on both electrostatics and hydrophobics as shown by variations in surface charge, hydrophobicity, and particle size if sole potato/meat and mixtures were compared. For example, particle size of solubilized meat proteins increased from 18.0 ± 2.9 µm (pH 3.0) to 26.8 ± 9.0 µm (pH 3.0) in 50:50 mixtures. FTIR results confirmed alterations as a function of mixing ratio and pH. Image analysis of microstructures revealed a shift from elongated regular networks towards more disorder and irregularity along with a lower degree of branching. Besides solubility, organoleptic properties influence the suitability of plant proteins as food ingredients. Therefore, odor active compounds of two pea isolates were analyzed by gas chromatography mass spectrometry-olfactometry (GC MS O) after direct immersion stir bar sorptive extraction (DI SBSE), and results were compared to those of their respective extrudates to define changes during dry and wet extrusion. Twenty-four odor-active compounds were found, whereof nine represented major (off-) flavor contributors in peas: hexanal, nonanal, 2 undecanone, (E)-2-octenal, (E, Z)-3,5-octadiene-2-one, (E, E) 2,4 decadienal, 2 pentyl furan, 2-pentyl-pyridine, and γ-nonalactone. The quantity of these nine volatiles was affected distinctively by extrusion. Hexanal was reduced from 3.29 ± 1.05 % (Isolate I) to 0.52 ± 0.02 % (Wet Extrudate I) and (E,Z)-3,5-Octadiene-2-one and (E,E)-2,4-decadienal decreased by 1.5- and 1.8-fold when powdered and dry texturized pea proteins were compared. As a result of the perturbing effect of soluble potato proteins and the higher amount of off flavors in pea isolates compared to their extrudates, use of plant powders as additives was rejected in favor of extruded ones for all subsequent studies. As the focus of this work was the development of dry cured hybrid meat products, the effect of various amounts of extrudates on the traditional formulation and manufacture of this product class was assessed. This included the susceptibility of extrudates towards acid-induced pH changes as compared to pork meat, as well as their behavior in a traditional acidification and drying processes. To that purpose, pork meat and six wet extrudates from peas, pumpkin, or sunflower seeds were analyzed in their proximate composition and subjected to titration starting from the same pH value and using the same acid concentrations. It was shown that wet texturized pumpkin and sunflower proteins had the highest buffering capacity (BC), especially between pH 7.0 and pH 4.5, while pea protein extrudates and pork meat were more prone to acidification and similar in buffering capacity with an average of 881 ± 5 mmol H+/(kg*ΔpH). The obtained data was then used to relate BC with the compositional elements of extrudates such as minerals, proteins, select amino acid, and nonprotein nitrogen. These findings on varying susceptibility towards acids were extended by studies on a minced meat model systems containing pork meat, curing salt, and various amounts (0 to 100 wt%) of wet extrudates and the chemical acidifier Glucono delta-lactone (GDL). It was shown, that increasing concentrations of plant extrudates resulted in a linear increase of the initial (pH0h), intermediate (pH6h), and final (pH48h) pH of minced meat model systems. A sufficient acidification to common target pH values in dry cured meat products (pH ~ 5.0) could be achieved with acidifier amounts of 1.0 wt% up at no more than 15 wt% of extrudates. A mathematical model was proposed to correlate pH, time, acidifier, extrudate concentration, and plant protein origin to aid in the adjustments of formulations at higher extrudate contents, and to describe thresholds of feasible extrudate and acidifier concentrations. The calculated concentrations were then implemented to manufacture dry cured hybrid sausages where meat was partially replaced by 12.5, 25, 37.5, and 50 % of pumpkin seed extrudates. All recipes reached the target pH value with an accuracy of pH 5.0 ± 0.06 thereby validating the proposed mathematical correlations. Hybrid recipes with up to 25 % of extrudates were comparable to the traditional all-meat formulation in both the drying behavior and the distribution of moisture and free water. However, higher meat replacement levels promoted distinct changes in drying behavior and product texture where chewiness, hardness, and cohesiveness decreased by up to 70 %.
In conclusion, plant protein functionality differs profoundly from the one of meat proteins, and this functionality also depends on the respective protein source as well as the applied extraction process. Their structuring by extrusion provides beneficial organoleptic changes and eases their incorporation in hybrid formulations. The fundamental characterization of plant proteins in terms of their proximate composition and (physico)chemical properties may be used to establish mathematical correlations to estimate the effect of these novel ingredients in hybrid meat products. Thus, the obtained results offer a valuable basis that manufacturers can draw upon not only to create new foods within this product class but also to broaden and facilitate the application of plant proteins on a large scale.Die Verfügbarkeit von Pflanzenproteinen muss weiter ausgebaut werden, um sich einerseits der zunehmenden Verbraucherdiversifizierung im Lebensmittelbereich anzupassen und andererseits den Problemen der Rohstoffverknappung und des Welthungers entgegenzutreten. Obwohl viele Industrieprozesse zur Extraktion und Strukturierung von Pflanzenproteinen in den letzten Jahren entwickelt wurden, fehlt es immer noch an Kenntnissen über die grundlegenden funktionellen und sensorischen Eigenschaften pflanzlicher Proteine und deren Wechselwirkungen mit anderen Inhaltsstoffen. Dies erschwert eine mechanistisch getriebene Produktentwicklung, vor allem bei Produkten mit komplexen Rohstoffanforderungen und Produktionsprozessen. Infolgedessen werden nach wie vor viele Produktentwicklungen als kostspielige und zeitraubende Trial-and-Error Versuche konzipiert. Dies schließt die Kategorie der Hybridfleischprodukte mit ein, die aus Mischungen tierischer und pflanzlicher Rohstoffe bestehen. Derzeit ist die Akzeptanz derartiger Produkte noch ungenügend, da die qualitativen Attribute von traditionellen Fleisch- und Wurstwaren oft zum Vergleich herangezogen werden. Um zu einem systematischeren Ansatz beim Design von Hybridprodukten zu kommen und qualitativ hochwertigere Hybridlebensmittel herzustellen, ist die Etablierung eines mechanistischen Zusammenhangs zwischen Rohstoffzusammensetzung, physikochemischen Eigenschaften der darin enthaltenen Pflanzenproteine und deren Technofunktionalität notwendig. Im Zuge dieser Dissertation wurden aus diesem Grund eine große Anzahl an Pflanzenproteinen auf ihre funktionellen Eigenschaften und Eignung in Hybridfleischprodukten untersucht. Dies umfasste ihre Löslichkeit und Mischbarkeit mit gelösten Fleischproteinen in Abhängigkeit von pH und Mischungsverhältnis, die Charakterisierung geruchsaktiver Komponenten ausgewählter Pflanzenproteine, deren Veränderung durch Nass- und Trockentexturierung und schließlich die Bestimmung der Produkteigenschaften hybrider Modellformulierungen mit Rohwurstcharakter.
Im ersten Teil dieser Arbeit wurde gezeigt, dass Löslichkeit, der native pH Wert, die Farbe und das Erscheinungsbild von Pflanzenproteinen mit ihrer Aufreinigung und dem zugehörigen Extraktionsprozess korrelieren. Hierzu wurden 26 Pflanzenproteinpräparate, die aus der Herstellung von Kohlenhydraten oder Pflanzenölen gewonnen wurden, verwendet. Die Löslichkeit lag zwischen 4 % und 100 % basierend auf der Proteinkonzentration und dem Vorkommen bestimmter Proteinklassen in den Präparaten. So wurde bei einem hohen Anteil an Prolaminen (Weizen) oder Glutelinen (Reis, Kürbis) eine schlechte Löslichkeit festgestellt, wohingegen SonnenblumenErbsen und Kartoffelproteine durch die darin enthaltenen Albumine und Globuline gut bis sehr gut löslich waren. Eine Kartoffelproteinfraktion mit niedrigem Molekulargewicht ( pI) die isotropen Lösungen in einen zwei-phasigen, aggregierten Zustand (pH ≤ pI) übergingen. Es entstanden dichte, unregelmäßig geformte Heteroprotein Partikel, die sich in ihrer Morphologie wesentlich von der für Fleischproteine typischen anisotropen fasrigen Struktur unterschieden. Dies deutete auf einen Störeffekt der Kartoffelproteine auf die typische Selbstassoziation der Fleischproteinen unterhalb ihres pI hin, welcher auf Veränderungen der elektrostatischen (Oberflächenladung) und hydrophoben (Oberflächenhydrophobizität) Protein-Protein Interaktionen zurückgeführt werden konnte. So nahm die Partikelgröße der Fleischproteine im Vergleich zu 50:50 Mischungen von 18.0 ± 2.9 µm (pH 3.0) auf 26.8 ± 9.0 µm (pH 3.0) zu. Eine FTIR Analyse validierte den Zusammenhang der makro- und mikroskopischen Beobachtungen mit Mischungsverhältnis und pH Wert. Eine Bildanalyse verdeutlichte zudem eine Veränderung der länglichen, vernetzten Fleischprotein-Aggregate hin zu ungeordneten und unregelmäßigen Heteroproteinstrukturen mit geringer Anisotropie.
Da organoleptische Eigenschaften von großer Bedeutung sind, um die Eignung von Pflanzenproteinen in Lebensmitteln abzuschätzen, wurden zwei Erbsenproteinisolate mit Hilfe von Gaschromatographie kombiniert mit Massenspektroskopie und Olfaktometrie (GC MS-O) untersucht, nachdem sie aus der Lösung an ein Adsorbens gebunden worden waren (DI SBSE). Die Ergebnisse wurden mit denen der daraus produzierten Trocken- und Nassextrudate verglichen, um den Einfluss des Extrusionsprozesses zu bestimmen. Die Analyse identifizierte 24 geruchsaktive Stoffe von denen neun als wesentliche (Off-) Flavor Komponenten in Erbsen bekannt sind: Hexanal, Nonanal, 2 Undecanon, (E) 2 Octenal, (E, Z)-3,5-Octadiene-2-on, (E, E)-2,4-Decadienal, 2 Pentyl furan, 2-Pentyl-pyridin, und γ-Nonalacton. Diese neun Substanzen wurden durch die Extrusion merklich beeinflusst. Hexanal verringerte sich von 3.29 ± 1.05 % (Isolat I) bis auf 0.52 ± 0.02 % (Nassextrudat I) und (E,Z)-3,5-Octadiene-2-on and (E,E)-2,4-Decadienal nahmen um das 1.5- und 1.8-fache ab, wenn die Isolate mit den jeweiligen Trockenextrudaten verglichen wurden.
Die darauffolgenden Studien fokussierten sich aufgrund des Störeffektes der Kartoffelproteine und dem höheren Gehalt an Off-Flavor Komponenten in Isolaten auf Extrudate und deren Effekt auf die traditionelle Rezeptur und Herstellung von Produkten mit Rohwurstcharakter. Dies beinhaltete ihre pH-Abhängigkeit und ihr Verhalten während Säuerung- und Trocknung im Vergleich zu tierischen Proteinquellen. Dazu wurden die Zusammensetzung und die Säure Base Eigenschaften (Pufferkapazität) sechs verschiedener Extrudate aus Erbsen, Kürbis- oder Sonnenblumenkernen bestimmt. Kürbis- und Sonnenblumenextrudate zeigten die höchste Pufferkapazität, vor allem im Bereich zwischen pH 7.0 und 4.5. Erbsenextrudate und Schweinefleisch zeigten geringere, aber ähnliche Werte von 881 ± 5 mmol H+/(kg*ΔpH). Eine statistische Analyse der Ergebnisse ergab eine Korrelation der Pufferkapazität mit der Extrudat Zusammensetzung z.B. dem Gehalt an Asche, Proteinen, ausgewählten Aminosäuren und Nicht-Protein Stickstoff. Die gewonnenen Erkenntnisse flossen dann in die nachfolgenden Untersuchungen an Hybridfleischmodellsystemen ein, um so einen Zusammenhang zur Technofunktionlität der Rohstoffe herzustellen. Die Modellsysteme bestanden aus gewolftem Fleisch und Nitritpökelsalzmischungen, denen verschiedene Extrudatkonzentrationen (0 bis 100 wt%) und das chemischen Säuerungsmittel Glucono delta lactone (GDL) zugegeben wurden. Steigende Extrudatkonzentrationen führten dabei zu einem linearen Anstieg des pH Wertes zu Beginn (pH0h), und nach 6 h (pH6h) und 48 h (pH48h) aufgrund der puffernden Wirkung der Proteinextrudate. Typische GDL Konzentrationen (1.0 wt%) ermöglichten eine pH-Wert Senkung auf den für Rohwürste üblichen Wert von pH ~ 5.0, allerdings nur bis zu einer Extrudatkonzentration von nicht mehr als 15 wt%. Für höhere Extrudatgehalte wurde ein mathematisches Modell entwickelt, welches pH, Zeit, GDL und Extrudatkonzentration, sowie den Ursprung des Pflanzenproteins korrelierte. Das Modell wurde bei der Herstellung einer Hybridwurst mit Rohwurstcharaketer validiert, in der 12.5, 25, 37.5 und 50 % Fleisch durch Kürbiskern-Extrudate ersetzt wurde. Alle Formulierungen erreichten den gewünschten pH Wert mit einer Genauigkeit von pH 5.00 ± 0.06. Bis zu einer Fleischreduktion von 25 % waren die Hybride in ihrem Trocknungsverhalten und der Feuchteverteilung mit der rein tierischen Formulierung vergleichbar. Höhere Extrudatkonzentrationen verursachten jedoch merkliche Ungleichverteilungen der Feuchte in den Matrizen und heterogene Produkttexturen.
Zusammenfassend zeigen die Studien dieser Dissertation, dass sich Pflanzenproteine hinsichtlich ihrer Funktionalität nicht nur von tierischen Proteinen, sondern auch untereinander aufgrund der verwendeten Proteinquelle und der darin enthaltenen Proteintypen und dem verwendeten Extraktionsprozess unterscheiden können. Ihre Sensorik kann mit Hilfe von Extrusion positiv verändert werden, so dass eine Nutzung als Lebensmittelinhaltsstoff erleichtern wird. Eine grundsätzliche Charakterisierung der Zusammensetzung und der physikochemischen Eigenschaften von Pflanzenproteinen ermöglicht es mathematische Korrelationen zu erstellen, die eine Selektion geeigneter Rohstoffe und Konzentrationen für die Herstellung von Hybridprodukten ermöglicht. Die gewonnenen Erkenntnisse könnten so einen wichtigen Beitrag zur Kommerzialisierung von Hybridfleischprodukten leisten, und damit einen breiteren Einsatz von Pflanzenproteinen ermöglichen
The impact of agricultural innovations on poverty, vulnerability and resilience to food insecurity of smallholders in Ethiopia
Get PDFEthiopia has adopted agriculture centered growth strategies over the last three decades that give more emphasis on improving agricultural production and productivity with the ultimate goal to transform the countrys economy. The strategies have mainly aimed at improving smallholder agriculture through introducing improved technologies intended to boost agricultural production and thus alleviate poverty and food insecurity. Although agriculture centered growth strategies contributed to sustained growth in the country over the last two decades, the benefits of growth have not been evenly distributed with observed rising income inequality and a still significant proportion of smallholders remaining under the poverty line. Similarly, despite considerable yield progress over the last three decades due to the introduction of improved inputs Ethiopian farmers yield gap compared with other developing countries is quite high. Moreover, the frequent occurrences of shocks such as drought and flooding adversely affect smallholders substantially and thereby exacerbate the existing poverty and food insecurity problems in the country.
This thesis applied different econometric techniques to analyze the impact of the adoption of multiple agricultural technologies on crop yield, poverty, vulnerability, and resilience to food insecurity in Ethiopia. The study uses four rounds of household level panel data collected between 2012 and 2019 to assess the link between the adoption of the different combinations of five productivity-enhancing technologies: chemical fertilizer, improved seed, pesticide, and soil and water conservation practices: terracing and contour ploughing on consumption, poverty, vulnerability, and yields of smallholders. To solve the endogeneity problem in the regression models, we applied two-stage multinomial endogenous switching regression model combined with the Mundlak approach. Additionally, the thesis examines the role of the adoption of chemical fertilizer and improved seeds on household resilience to food insecurity amid the occurrence of adverse shocks. The findings are presented in three chapters of the cumulative thesis (Chapters two to four).
Chapter two analyses the effect of productivity enhancing technologies and soil and water conservation measures and their possible combinations on consumption, poverty, and vulnerability to poverty. Per capita consumption expenditure for food and other essential non-food items, such as clothing and footwear, is used as a proxy variable to measure poverty. Using the national poverty line in 2011 prices, sample households are grouped into poor and non-poor households and the movement of sample households in and out of poverty between 2012 and 2016 is analyzed using a poverty transition matrix. By employing the ordered logit model, the study additionally examined the dynamics of poverty and vulnerability as well as their drivers. The results show that the adoption of the different combinations of agricultural technology sets including single technology adoption has considerable impacts on consumption expenditure and the greatest impact is attained when farmers combine multiple complementary inputs. Similarly, we find that the likelihood of households remaining poor or vulnerable decreased with adoption. In addition, the study revealed that poorer households are the least adopters of the technology combinations considered in the study, thereby being the least to benefit from adoption. We, therefore, conclude that the adoption of multiple complementary technologies has substantial dynamic benefits that improve the poverty and vulnerability status of households, and given the observed low level of adoption rates, we suggest that much more intervention is warranted, with a special focus on poorer and vulnerable households, to ensure smallholders get support to improve their input use.
Chapter three assesses the impacts of multiple technology adoption on the yield of Ethiopias four staple crops, namely teff, wheat, maize and barley. Regarding the empirical estimation, we specified yield equations for each of the four crops and five to six possible input combinations that are included in the analysis indicating the presence of slope effect of technology choice other than the intercept of the outcome equations. The findings suggest that the application of two or more complementary inputs is considerably linked with higher maize, teff, barley, and wheat yield. Specifically, barley yield is highest for farmers who have adopted a combination of at least three of the technologies. Maize producers are the largest beneficiaries of the technologies. The impact of the technology choice sets tends to have an inconclusive effect on wheat and teff yields. However, a significant yield gap in all of the four crops was observed. Socio-economic characteristics of the household head such as age and gender as well as the households access to infrastructure and spatial characteristics of the household are other important determinants of crop yield. The implications are that more publicly funded efforts could be worthwhile for easing adoption constraints, which would in turn help smallholders to increase their crop yields that indirectly improve their livelihood.
Chapter four aims to identify the determinants of household resilience to food insecurity which is the households ability to absorb or cope with the negative effects of shocks and bounce back to at least their initial livelihood status and assess its role on future household food security when hit by adverse shocks. Furthermore, the study analyzes the role of single or joint adoption of chemical fertilizer and improved seed on household food security. The household food security indicators used in the analysis are dietary diversity and per capita food consumption and uses data from the last three waves out of our four survey rounds. In terms of empirical estimation, the household resilience capacity index is estimated by combining factor analysis and structural equation modeling. Then different regression models are executed to assess the causal link between technology adoption and resilience capacity and household food security indicators in the face of adverse shocks. Our findings reveal that the most important pillars contributing to the building of household resilience capacity are assets followed by access to basic services. We find that the initial level of the household resilience score is significantly and positively associated with future household food security status. Moreover, the results reveal that the adoption of chemical fertilizer and improved seed is significantly and positively associated with household resilience capacity index, dietary diversity, and food consumption over time. Shocks such as drought appear to be significant contributors to the loss of household food security. Overall, it is revealed that the adoption of improved inputs significantly and positively increases household food security. However, the results show no evidence that supports the current level of adoption that helps households to shield themselves from the adverse effects of shocks.
Finally, this study gives insights on examining the impacts and impact pathways of adoption of improved technologies on smallholder welfare which guide decision-makers for intervention as well as pave a way for future research that contributes to the fight against rural poverty and food insecurity. This thesis also concludes that public intervention in terms of investment in providing improved agricultural practices is crucial in improving rural livelihood, but it has to be inclusive and provide opportunities for the poor and vulnerable.Äthiopien hat in den letzten drei Jahrzehnten agrarzentrierte Wachstumsstrategien verfolgt, die den Schwerpunkt auf die Verbesserung der landwirtschaftlichen Produktion und Produktivität legen, um die Wirtschaft des Landes zu transformieren. Die Strategien zielten hauptsächlich darauf ab, die kleinbäuerliche Landwirtschaft durch die Einführung verbesserter Technologien zu verbessern, um die landwirtschaftliche Produktion zu steigern und damit Armut und Ernährungsunsicherheit zu lindern. Obwohl die auf die Landwirtschaft ausgerichteten Wachstumsstrategien in den letzten zwei Jahrzehnten zu einem nachhaltigen Wachstum im Land beigetragen haben, war diesesWachstum nicht gleichmäßig verteilt. Es wurde eine steigende Einkommensungleichheit beobachtet und ein immer noch erheblicher Anteil der Kleinbauern lebt unterhalb der Armutsgrenze. Ebenso ist die Ertragslücke der äthiopischen Bauern im Vergleich zu anderen Entwicklungsländern trotz der Einführung verbesserter Betriebsmittel recht hoch. Darüber hinaus beeinträchtigen häufige Schocks wie Dürre und Überschwemmungen insbesondere die Kleinbauern erheblich und verschärfen dadurch die bestehenden Probleme der Armut und Ernährungsunsicherheit im Land.
In dieser Arbeit wurden verschiedene ökonometrische Methoden angewandt, um die Auswirkungen der Einführung mehrerer landwirtschaftlicher Technologien auf Ernteerträge, Armut, Anfälligkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Ernährungsunsicherheit in Äthiopien zu analysieren. Die Studie verwendet vier Runden von Paneldaten auf Haushaltsebene. Diese wurden zwischen 2012 und 2019 wurden, um den Zusammenhang zwischen der Einführung verschiedener Kombinationen von fünf produktivitätssteigernden Technologien - chemischer Dünger, verbessertes Saatgut, Pestizide sowie Boden- und Wasserschutzpraktiken wie Terrassierung und Konturpflügen - auf Konsum, Armut, Vulnerabilität gegenüber Armutsgefährdung und Erträgen von Kleinbauern zu untersuchen. Um das Endogenitätsproblem in den Regressionsmodellen zu lösen, haben wir ein zweistufiges multinomiales endogenes Switching-Regressionsmodell in Kombination mit dem Mundlak-Ansatz verwendet. Zusätzlich untersucht die Arbeit die Rolle der Adoption von chemischem dünger und verbessertem Saatgut auf die Resilienz der Haushalte gegenüber Ernährungsunsicherheit. Die Ergebnisse werden in drei Kapiteln einer kumulativen Dissertation vorgestellt (Kapitel zwei bis vier).
In Kapitel zwei werden die Auswirkungen von produktivitätssteigernden Technologien und Boden- und Wasserschutzmaßnahmen sowie deren mögliche Kombinationen auf Konsum, Armut und Armutsgefährdung analysiert. Die Pro-Kopf-Konsumausgaben für Nahrungsmittel und andere wichtige Güter des täglichen Bedarfs, wie Kleidung und Schuhe, werden als Proxy-Variable zur Messung von Armut verwendet. Unter Verwendung der nationalen Armutsgrenze mit Preisen von 2011 werden die Stichprobenhaushalte in arme und nicht arme Haushalte eingeteilt. Die Bewegung der Stichprobenhaushalte in und aus der Armut zwischen 2012 und 2016 wird mithilfe einer Armutsübergangsmatrix analysiert. Durch den Einsatz eines geordneten Logit-Modells wurden in der Studie zusätzlich die Dynamik von Armut und Armutsgefährdung sowie deren Treiber untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Adoption verschiedener Kombinationen von landwirtschaftlichen Technologien, sowie die Adoption von einzelnen Technologien, erhebliche Auswirkungen auf die Konsumausgaben haben. Die größte Auswirkung wird erreichtwenn Landwirte mehrere komplementäre Betriebsmittel kombinieren. Ebenso stellen wir fest, dass die Wahrscheinlichkeit, dass Haushalte arm oder armutsgefährdet bleiben, mit der Adoption von Technologien abnimmt. Darüber hinaus ergab die Studie, dass ärmere Haushalte die wenigsten der in der Studie betrachteten Technologiekombinationen nutzen und somit am wenigsten davon profitieren. Wir kommen daher zu der Schlussfolgerung, dass die Anwendung mehrerer komplementärer Technologien erhebliche Vorteile hat, die den Armutsstatus und Armutsgefährdungsstatus der Haushalte verbessern Angesichts der beobachteten niedrigen Adoptionsraten empfehlen wir, dass viel mehr Interventionen gerechtfertigt sind. Mit einem besonderen Fokus auf ärmere und armutsgefährdete Haushalte sollten diese sicherzustellen, dass Kleinbauern Unterstützung erhalten, um ihre Betriebsmittel- und Technologienutzung zu verbessern.
In Kapitel drei werden die Auswirkungen des Einsatzes mehrerer Technologien auf den Ertrag der vier äthiopischen Grundnahrungsmittel Teff, Weizen, Mais und Gerste untersucht. Für die empirische Schätzung haben wir Ertragsgleichungen für jede der vier Kulturen und fünf bis sechs mögliche Betriebsmittel-Kombinationen spezifiziert, die in die Analyse einfließen und auf das Vorhandensein eines Neigungseffekts der Technologiewahl neben dem Achsenabschnitt der Ergebnisgleichungen hinweisen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Anwendung von zwei oder mehr komplementären Inputs signifikant mit höheren Mais-, Teff-, Gersten- und Weizenerträgen zusammenhängt. Insbesondere der Gerstenertrag ist bei Landwirten am höchsten, die eine Kombination von mindestens drei der Technologien eingesetzt haben. Maisproduzenten sind die größten Nutznießer der Technologien. Die Auswirkung der Technologiekombinationen auf die Weizen- und Tefferträge ist tendenziell nicht eindeutig. Es wurde jedoch ein signifikanter Ertragsunterschied bei allen vier Feldfrüchten beobachtet. Sozioökonomische Merkmale des Haushaltsvorstands wie Alter und Geschlecht sowie der Zugang des Haushalts zur Infrastruktur und räumliche Merkmale des Haushalts sind weitere wichtige Determinanten des Ernteertrags. Die Implikationen sind, dass mehr öffentlich finanzierte Anstrengungen lohnenswert sein könnten, um Adoptionsbeschränkungen abzubauen. Dies würde den Kleinbauern helfen, ihre Ernteerträge zu steigern, was indirekt ihren Lebensunterhalt verbessern würde.
Kapitel vier zielt darauf ab, die Determinanten der Resilienz der Haushalte gegenüber Ernährungsunsicherheit zu identifizieren, d.h. die Fähigkeit der Haushalte, die negativen Auswirkungen von Schocks zu absorbieren oder zu bewältigen und zu ihrer normalen Situation zurückzukehren, und ihre Rolle für die zukünftige Ernährungssicherheit der Haushalte zu bewerten, wenn sie von widrigen Schocks betroffen sind. Darüber hinaus analysiert die Studie die Rolle der alleinigen oder gemeinsamen Anwendung von chemischem Dünger und verbessertem Saatgut auf die Ernährungssicherheit der Haushalte. Die Indikatoren für die Ernährungssicherheit der Haushalte, die in der Analyse verwendet werden, sind die Ernährungsvielfalt und der Pro-Kopf-Verbrauch an Nahrungsmitteln. Es werden Daten aus den letzten drei Runden der vier Erhebungsrunden verwendet. Was die empirische Schätzung betrifft, so wird ein Index für die Resilienzfähigkeit der Haushalte durch eine Kombination von Faktorenanalyse und Strukturgleichungsmodellierung geschätzt. Anschließend werden verschiedene Regressionsmodelle durchgeführt, um den kausalen Zusammenhang zwischen Technologieadoption und Resilienzkapazität und den Indikatoren der Ernährungssicherheit von Haushalten angesichts widriger Schocks zu bewerten. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die wichtigsten Säulen, die zum Aufbau von Resilienzkapazitäten von Haushalten beitragen, Vermögenswerte sind, gefolgt vom Zugang zu Basisdienstleistungen. Wir stellen fest, dass die Resilienzfähigkeit der Haushalte signifikant und positiv mit dem zukünftigen Status der Ernährungssicherheit der Haushalte verbunden ist. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse, dass der Einsatz von chemischem Dünger und verbessertem Saatgut signifikant und positiv mit dem Resilienzindex der Haushalte, der Ernährungsvielfalt und dem Nahrungsmittelkonsum im Zeitverlauf zusammenhängt. Schocks wie Dürre scheinen signifikant zum Verlust der Ernährungssicherheit der Haushalte beizutragen. Insgesamt zeigt sich, dass der Einsatz von verbesserten Betriebsmitteln die Ernährungssicherheit der Haushalte signifikant und positiv erhöht. Es wird jedoch auch beobachtet, dass die Haushalte nicht in der Lage sind, sich vor den negativen Auswirkungen von Schocks zu schützen.
Abschließend gibt diese Studie Einblicke in die Untersuchung der Auswirkungen und Wirkungspfade der Einführung verbesserter Technologien auf das Wohlergehen von Kleinbauern, die Entscheidungsträgern eine Anleitung für Interventionen geben und einen Weg für zukünftige Forschung ebnen, die zum Kampf gegen ländliche Armut und Ernährungsunsicherheit beiträgt. Diese Arbeit kommt auch zu der Schlussfolgerungdass öffentliche Interventionen in Form von Investitionen in die Bereitstellung verbesserter landwirtschaftlicher Praktiken von entscheidender Bedeutung für die Verbesserung der ländlichen Lebensbedingungen sind. Jedoch müssen diese inklusiv sein und Möglichkeiten für arme und armutsgefährdete Haushalte bieten
Case studies on nitrogen dioxide and particulate matter -Investigation and comparison of different plant species and roof types in urban areas
No full textIn den Städten leben zunehmend mehr Menschen. Daher ist eine wesentliche Aufgabe der Kommunen für eine gute Lebensqualität der in den Städten lebenden Menschen zu sorgen. Neben vielen anderen Faktoren spielt dabei auch die Luftqualität eine entscheidende Rolle, denn Luft benötigen wir alle zum Leben und konsumieren Tag für Tag viele Liter davon. Diese Arbeit beschäftigt sich daher mit der Frage, ob urbane Vegetation, insbesondere begrünte Dachflächen, zu einer Verbesserung der Luftqualität beitragen kann.
Um diese Frage beantworten zu können wurden zum einen auf mehreren Dachflächen Parameter, welche die Luftqualität widerspiegeln, erfasst. Bei den untersuchten Parametern handelte es sich in erster Linie um Partikel der Größenordnung 2,5 bis 80 Mikrometer und um Stickstoffdioxid (NO2). Luftgetragene Partikel wurden mittels Sigma-2-Sammlern und NO2 mittels Palmes-Röhrchen erfasst. Zum anderen wurden morphologische Blatteigenschaften verschiedener Pflanzenarten mikroskopisch untersucht und eine Aussage über die Filterleistungen der Arten getroffen. Unterstützend wurden Schwermetallgehalte im Substrat und Durchflusswasser untersucht.
Die Untersuchungen auf den Dachflächen haben gezeigt, dass, bedingt durch die Höhendifferenz, auf den Dachflächen deutlich geringere Schadstoffmengen erfasst wurden, als auf Straßenniveau. Für NO2 wurde etwa 50 % geringere Werte erfasst. Der Vergleich zwischen begrünter und unbegrünter Dachfläche zeigte sowohl für Feinstaub, als auch für NO2 leicht signifikant geringere Werte auf den begrünten Dächern. Die Untersuchungen an den verschiedenen Pflanzenarten haben ergeben, dass Pflanzen mit strukturreicher Blattoberfläche, dichtem und hohem Wuchs, mehr Partikel aus der Umgebungsluft filtern als niedrig wachsende Arten oder Arten mit glatter Blattoberfläche.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass begrünte Dachflächen zu einer leichten Verbesserung der Luftqualität, hinsichtlich Feinstaub und NO2, führen können. Entscheidend dabei sind die Wahl der eingesetzten Pflanzen und letztendlich auch der Abstand zu den Emittenten.More and more people are living in cities. Therefore, one of the main tasks of municipalities is to ensure a good quality of life for people living in cities. Among many other factors, air quality plays a decisive role, because we all need air to live and consume many litres of it every day. This study therefore deals with the question of whether urban vegetation, especially green roofs, can contribute to an improvement in air quality.
In order to answer this question, parameters reflecting air quality were recorded on several roof surfaces. The parameters investigated were primarily particles in the range of 2.5 to 80 micrometres and nitrogen dioxide (NO2). Airborne particles were recorded using Sigma-2-samplers and NO2 using Palmes tubes. On the other hand, morphological leaf characteristics of different plant species were examined microscopically and a statement was made about the "filtering capacities" of the species. In support of this, heavy metal contents in the substrate and wash-out were investigated.
Investigations on roof surfaces showed that, due to the height difference, significantly lower pollutant levels were recorded on roof surfaces than at street level. For NO2, about 50 % lower values were recorded. The comparison between greened and ungreened roof surfaces showed slightly significantly lower values for both particulate matter and NO2 on greened roofs. Investigations on the different plant species showed that plants with a structurally rich leaf surface, dense and tall growth, "filter" more particles from the ambient air than low-growing species or species with a smooth leaf surface.
In summary, it can be stated that green roofs can lead to a slight improvement in air quality with regard to particulate matter and NO2. The decisive factors here are the choice of plants used in greening systems and ultimately also the distance to the emitters
Studies on the inactivation of prions using thermal pressure hydrolysis with microwaves
No full textDie Erreger der TSE, die sogenannten Prionen sind infektiöse Proteine, die für eine Reihe von tödlich verlaufenden neurodegenerativen Erkrankungen beim Menschen und bei Tieren verantwortlich sind.
In der vorliegenden Arbeit wurde im Rahmen des Projekts PRIORITY 222887 Protecting the food chain from prions: shaping European priorities through basic and applied research Untersuchungen zur Inaktivierung von mit Scrapie 263 K und BSE 301 V versetztem Fleischbrei der Kategorie 1 und 2 durchgeführt. Zum Material der Kategorie 1 gehört spezifische Risikomaterial, welches bei der Schlachtung anfällt und ein potentielles TSE-Risiko birgt. Dieses Material muss zurzeit laut den gesetzlichen Bestimmungen in Europa sterilisiert und verbrannt werden und kann somit nicht einer weiteren Nutzung zugeführt werden. Es sollte eine Methode gefunden werden, mit der zum einen Prion-Proteine sicher inaktiviert werden und zum Anderen eine weitere stoffliche Nutzung dieses hygienisierten Materials ermöglicht wird. Dieses Material könnte z.B. als Phosphor-, Aminosäurequelle in Düngemitteln oder als Teil erneuerbarer Energien wie Biogas oder Biodiesel erfolgen.
Die Behandlung mit der Thermodruckhydrolyse mit Mikrowellen ist bereits bei einer Temperatur von 120°C und einer Behandlungsdauer von 5 min erfolgreich in der Inaktivierung des mit Scrapie 263 K versetzten Fleischbrei der Kategorie 1 und 2. Für eine vollständige Inaktivierung des mit BSE 301 V versetzten Fleischbreis der Kategorie 1 und 2 benötigt man eine Temperatur von 120°C und eine Behandlungsdauer von 10 min. Der Nachweis erfolgte hier ausschließlich im Western Blotting.
Da der Nachweis im Western Blotting allein nicht belastbar ist, sollte ein Bioassay erfolgen. Dieser war aus verschiedenen Gründen nicht gewünscht, weshalb nach einer Alternative gesucht wurde.
Mit Hilfe der in vitro-Amplifizierung, der sogenannte Protein Misfolding Cyclic Amplification (PMCA) wurde eine Methode gefunden, die den Bioassay ersetzen kann. Durch die PMCA lassen sich auch geringe Mengen an Prionen identisch so vervielfältigen, dass diese mittels Western Blotting nachweisbar sind. In den nachfolgenden Inaktivierungsversuchen von mit Scrapie 263 K versetztem Peptonwasser, welches als Fleischbreiersatz diente, wurde bei der Behandlung in der Thermodruckhydrolyse mit Mikrowellen bei einer Behandlungstemperatur von 120°C und 15 min eine vollständige Inaktivierung (mindestens 4-5 log10-Stufen Reduktion) erreicht.
Zusammenfassend konnten die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass die Thermodruckhydrolyse mit Mikrowellen geeignet ist, eine verlässliche Inaktivierung von Prion-Proteinen in tierischen Nebenprodukten zu gewährleisten.The pathogens that cause TSE, known as prions, are infectious proteins that are responsible for a number of fatal neurodegenerative diseases in humans and animals.
In the presented work, inactivation of category 1 and 2 meat mash contaminated with Scrapie 263 K and BSE 301 V were investigated as part of the project "PRIORITY 222887 Protecting the food chain from prions: shaping European priorities through basic and applied research". Category 1 material includes specific risk material that is produced at slaughter and poses a potential TSE risk. Currently this material has to be sterilised and incinerated according to European legislation and thus cannot be put to further use. We were looking for method which, on the one hand, prion proteins are safely inactivated and, on the other hand, a further material use of this inactivated material is made possible. This material could be used, for example, as a source of phosphorus or amino acids in fertilizers or as part of renewable energies such as biogas or biodiesel.
Treatment with thermal pressure hydrolysis using microwaves was shown successful in inactivating category 1 and 2 meat mash contaminated with Scrapie 263 K at a temperature of 120°C and a treatment duration of 5 min. For complete inactivation of category 1 and 2 meat mash contaminated with BSE 301 V, a temperature of 120°C and a treatment duration of 10 min are required. Detection was carried out here exclusively by Western blotting.
Since detection by Western blotting alone is not reliable, a bioassay was needed. The use of animals was not desired for various reasons, which is why an alternative was sought.
With the help of in vitro amplification, the so-called Protein Misfolding Cyclic Amplification (PMCA), a method was found that can replace the bioassay. With PMCA, even small amounts of prions can be amplified identically in such a way that they can be detected by Western blotting. In subsequent inactivation experiments of peptone water spiked with Scrapie 263 K, which served as a meat pulp substitute, complete inactivation (at least 4-5 log10-step reduction) was achieved when treated in thermal pressure hydrolysis with microwaves at a treatment temperature of 120°C and for 15 min.
In summary, the results of the work could show that thermal pressure hydrolysis with microwaves is suitable to ensure reliable inactivation of prion proteins in animal by-products
Prediction of ruminal acidosis in dairy cows from milk constituents
Get PDFSubacute rumen acidosis (SARA) is a common, but hardly assumable disease in modern dairy cows herds. SARA incidences are prevalent in two circumstances. The first, when the cows have to adapt fast to a ration high in carbohydrates after parturition. Since the feed composition has to be changed fast, to meet the cows requirements energy- and nutrients wise, the rumen microbiota climate has to adapt fast, which can cause unbeneficial rumen circumstances. The second, when the lactating cows have, beside high milk yield also a high feed intake in mid-lactation, when feed high in energy but low in structural carbohydrates is fed. This can lead to high density of VFAs in the rumen, if the outflow and absorption through the ruminal wall, as well as the buffer capacity in the rumen is not sufficient for the high production of those acids. Then the ruminal milieu becomes more acid, which can negatively affect the cows health. The cows suffering SARA, if at all, show mild symptoms like reduced water and feed intake, depression, diarrhea, reduced rumen motility, laminitis or reduced milk yield and milk fat depression. Since those symptoms can also show up with a delay in time and can be caused by several other factors, monitoring SARA in herds can be difficult. An unambiguous definition of SARA circumstances in the rumen cannot be found in literature, although it is under research for decades.
Since SARA can influence the milk yield and can lead to a milkfat depression and a change in composition of milkfat, we focused on milk parameters and milkfat composition in particular with the aim of correlating those with pH conditions in the rumen.
Three trials were made with feeding rations that were predictably capable of inducing SARA conditions in mid-lactation. During the trials, besides performance and ruminal parameters, as well as continuous pH measurement, milk samples were taken.
The cows used were all rumen cannulated. Therefore, datalogger with integrated pH meter (Large Ruminant Logger M5-T7, Dascor Inc., Oceanside, USA) were placed in the ventral sac of the rumen to measure reliably and continuously.
In Trial 1, three feeding rations with constant 20% grass silage were used. One ration consisted of additionally 20% corn silage and 60% concentrate (treatment CS60), the other two rations included 20 respectively 60% pressed sugar beet pulp silage and 60 respectively 20% concentrate (treatments SBPS60 respectively SBPS20). With those rations, low pH values were induced in the rumen, leading to SARA incidences of 89% in the measured days in the CS60, 100% in the SBPS60, and 61% in the SBPS20 treatment.
In Trial 2, for all three rations a fix concentration of 52% concentrate was used. The remaining 48% consisted of corn silage (treatment CS), grass silage (treatment GS) or hay (treatment Hay). In the CS treatment, SARA incidence was 23%, while the GS and Hay treatments did not show SARA incidence. While the first two trials were designed as a 3x3 Latin square, in Trial 3 the cows remained in their respective treatment. One group stayed in the barn with a TMR, including 30% concentrate (treatment CG), while the other group was full time grazing and got additional 1.75 kg concentrate per day (treatment PG). SARA incidences were 7% in the CG and 8% in the PG.
Additionally, in an intertrial approach, regression models for SARA detection were developed. Therefore, easily accessible performance data from the barn and milk parameters from the official milk control and milk fatty acids were used to estimate the rumen parameters pH mean and the time spent below pH 5.8.
One first model was designed to include 63 variables. Besides 11 parameters gained in the barn or from the official milk control, also 52 parameters that were gaschromatographically detected fatty acids and sums of these fatty acids. A second model was designed to be useable if no gaschromatographical milkfat analysis was available. Therefore, only those FAs were included that can be estimated in a good quality with MIR spectroscopy.
With those regression models the SARA days from the 185 measurement days were calculated to test the accuracy of the models. From the original 47 SARA days the first model was able to detect 43 days and the second model detected 39 SARA days. Although the accuracy of SARA prediction based on these models might be too inaccurate for a decision if a single day was SARA prevalent or not, an information on herd basis seems assessable. Still the small number of cows and measured days, as well as the fact that two breeds of cows and only cows in the later lactation phase were integrated in the model establishment has to be considered and further developed before it becomes a useful tool in field use for SARA detection.Subakute Pansenazidose (SARA) ist eine weit verbreitete, aber schwer erfassbare Krankheit in der modernen Milchkuhhaltung. Die Kühe zeigen unter SARA Bedingungen im Pansen, wenn überhaupt, milde Symptome in Form von verringerter Wasser- und Futteraufnahme, geringerer Aktivität, Durchfall, reduzierter Pansenaktivität, Laminitis oder eine verminderte Milchleistung und einen reduzierten Milchfettgehalt. Da die Symptome auch erst mit zeitlicher Verzögerung zu den Missständen im Pansen auftreten können ist ein Erkennen von SARA in der Herde schwierig, da diesen Symptomen auch andere Ursachen zugrunde liegen können. Auch nach Jahrzehnten der Forschung ist keine einheitliche Definition der Pansenbedingungen, die eine subakute Azidose darstellen, gegeben. Da SARA einen Einfluss auf die Milchleistung, den Milchfettgehalt und die Milchfettzusammensetzung haben kann, lag der Fokus darauf Änderungen der Milchfettzusammensetzung zu erfassen und in Zusammenhang mit dem pH im ventralen Pansen zu bringen.
Dafür wurden drei Versuche mit Kühen in fortgeschrittenem Laktationsstadium und unterschiedlichen Rationen durchgeführt, die das Pansenmilieu erwartbar in den Grenzbereich einer SARA bringen können. Tierindividuell wurden während der Versuche nicht nur Leistungs- und Pansenparametern erfasst sowie kontinuierlich pH Daten gemessen, sondern auch Milchproben genommen. Die Versuchskühe waren alle pansenfistuliert, wodurch Datenlogger mit integriertem pH Meter (Large Ruminant Logger M5-T7, Dascor Inc., Oceanside, USA) in den ventralen Pansen eingebracht werden konnten um die pH Verläufe zuverlässig und kontinuierlich zu messen. In Versuch 1 kamen drei Rationen mit konstant 20 % Grassilage zum Einsatz. Eine Ration bestand aus zusätzlich 20 % Maissilage und 60 % Kraftfutter (CS69), die anderen beiden Rationen hatten 20 bzw. 60 % Pressschnitzelsilage und 60 bzw. 20 % Kraftfutteranteil (SBPS60 bzw. SBPS20). Mit diesen Rationen wurden niedrige pH-Werte im Pansen provoziert, mit SARA Inzidenzen von 89 % der gemessenen Tage in der CS60, 100 % in der SBPS60 und 61 % in der SBPS20 Behandlung. In Versuch 2 wurde ein fixer Kraftfutteranteil von 52 % eingesetzt, die übrigen 48 % der Ration bestanden aus Maissilage (CS), Grassilage (GS) oder Heu (Hay). In der CS Behandlung lag die SARA Inzidenz bei 23 %, wohingegen in den beiden anderen Behandlungen keine SARA vorkam. Während die ersten beiden Versuche als 3x3 Lateinisches Quadrat angelegt waren, blieben in Versuch 3 die Kühe in einer Behandlung. Eine Gruppe im Stall (CG) bekam 30 % Kraftfutter in der TMR vorgelegt, die zweite Gruppe hatte ganztägig Weidegang (PG) mit 1.75 kg Kraftfutter Zufütterung. Die beobachteten SARA Inzidenzen lagen bei 7 % (CG) bzw. 8 % (PG). Die drei Versuche wurden jeweils versuchsintern statistisch ausgewertet.
Darüber hinaus wurden, in einem versuchsübergreifenden Ansatz, Regressionsmodelle zur Feststellung von SARA entwickelt. Dafür wurden einfach erfassbare Leistungsparameter aus dem Stall, sowie Milchparameter aus der Milchleistungsprüfung sowie Milchfettsäuren verwendet, um den pH Mittelwert und die Zeit, die der Pansen einen pH-Wert von weniger als 5,8 aufweist, zu schätzen.
Für ein erstes Modell wurden 63 Variablen zur Verfügung gestellt. Neben 11 Parametern aus der Milchleistungsuntersuchung und Leistungsdaten der Kuh, auch 52 Parameter aus der gaschromatographischen Milchfettanalyse und Summen der analysierten Fettsäuren.
Für ein zweites Modell wurden statt der kompletten 52 gaschromatographischen Milchfettparameter nur 9 Milchettsäurenparameter zur Verfügung gestellt, die zuverlässig aus MIR Daten abgeleitet werden können, sodass insgesamt 20 Parameter für das zweite Modell zur Verfügung standen.
Mithilfe der Modelle wurden aus den gewählten Parametern SARA Inzidenzen berechnet um die Genauigkeit der Modelle zu testen. An den 185 Messtagen, mit 47 gemessenen SARA Tagen, konnte das erste Modell 43 Tage und das zweite Modell 39 SARA Tage identifizieren. Obwohl die Genauigkeit der Vorhersage auf Grundlage dieser Modelle zu ungenau für eine Einzeltagbeobachtung ist, scheint eine Einschätzung, ob SARA ein Problem in einer Herde ist, möglich zu sein. Dennoch muss die geringe Tierzahl und der kleine Stichprobenumfang, sowie die Tatsache, dass zwei Kuhrassen und nur ein späterer Laktationsabschnitt für die Modellierung verwendet werden konnten berücksichtigt, und die Modelle weiterentwickelt werden, bevor sie in der Praxis zur SARA Identifikation angewendet werden können
Next match entrepreneurship : three studies exploring the career transition from professional athletes to entrepreneurs
Get PDFWith great interest, society watches sports stars career transitions. However, not only famous Olympia winners and world champions have to reconsider their career paths in their younger years. All professional athletes, also those competing on a national level or top athletes proceeding niche sports, are confronted with the need for a completely different profession at some point in their sports career. Previous research finds a high intensity of entrepreneurship within the sports sector. Therefore, the question arises on what factors that high entrepreneurial density depends on. To better understand the specific starting position into career transition, support athletes on the way out of sports, and acknowledge the great potential of athletes with unique experiences, this dissertation is guided by the overall research question: What affects the career transition of professional athletes into an entrepreneurial career?
Following the short introduction, athletes are introduced as potential second career entrepreneurs. The current state of the literature on athlete entrepreneurship in 1.2 shows that athlete entrepreneurship should be considered an own sub-research stream in deferral to the existing research on sports entrepreneurship. Section 1.3 gives a graphical overview of three studies conducted within this dissertation and provides an overview of the sub-research questions addressing different aspects of the theory of planned behavior (TPB). After that, section 1.4 shows the structure and scope of this dissertation.
Study 1 in section 2 was co-authored with Andreas Kuckertz and Elisabeth S. C. Berger and addresses the suitability of top athletes as entrepreneurs. The big five personality traits (neuroticism, extraversion, openness for experience, conscientiousness, and agreeableness) and risk-propensity are investigated over top athletes (practicing low-risk or high-risk sport) and non-athletes. The results are analyzed with an analysis of variance (ANOVA) and post-hoc tests and compared to the personality traits associated with entrepreneurship. The explanatory comparison builds upon the person-job fit theory, showing the similarities between the athletes and the entrepreneurs careers. The matching personality traits lead to the conclusion that entrepreneurship might be an appropriate second career choice for athletes. The first study builds a basis for the following research in studies 2 and 3.
Study 2 in section 3 concentrates on the career transition process of top athletes into an entrepreneurial career. The explorative approach identifies numerous athlete entrepreneurs drivers and barriers within eleven semi-structured interviews. Comparative causal mapping was used to identify commonalities clustered into skills and traits, outcome expectations, transitions conditions, and effects. Findings support selection as well as socialization processes of careers by retaining the person-environment fit. Furthermore, exploiting different coping strategies on possible adversities is identified as a significant advantage for athlete entrepreneurs.
After identifying influencing factors on the career transition of athlete entrepreneurs, study 3 within section 4, co-authored with Celine Ströhle, concentrates on the role of resilience influencing entrepreneurial intention. Based on the assumption of athletes higher resilience level than non-athletes, resilience is examined as a determining factor on entrepreneurial intention. First, an analysis of variance (ANOVA) shows a significant difference in the level of resilience between the two groups. The structural equation analysis supported the influence of resilience on entrepreneurial intention within the frame of the TPB for top athletes and non-athletes. Furthermore, the influence of perceived behavioral control on entrepreneurial intention was found significantly different between top athletes and non-athletes
Section 5 closes the dissertation by summarizing the main findings. Placing the findings in the overall context of this dissertation and highlighting the contributions to the research areas of athlete entrepreneurship, entrepreneurial career transition, and support programs and entrepreneurship education accentuates the pioneering role of this dissertation in the early development of a new vital research stream.Der Karriereübertritt von Leistungssportlern wird in der Gesellschaft mit großem Interesse verfolgt. Aber nicht nur berühmte Olympia-Gewinner oder Weltmeister müssen ihre Karriere in jungen Jahren überdenken. Auch Berufssportler auf nationaler Ebene oder Leistungssportler von Randsportarten sind damit konfrontiert, an einem gewissen Punkt in ihrer Sportkarriere einen komplett neuen beruflichen Weg einzuschlagen. Bisherige Forschung hat ein hohes Maß an unternehmerischer Aktivität im Sportsektor gezeigt. Es stellt sich die Frage, ob die hohe dichte an Unternehmertum von den Hauptakteuren des Sports abhängt, den Athleten. Um die spezielle Ausgangssituation von Athleten besser zu verstehen, die Athleten im Übertritt zu fördern und auf ihr enormes Potenzial durch die einzigartigen Erfahrungen hinzuweisen, befasst sich diese Dissertation mit der übergeordneten Forschungsfrage: Was beeinflusst den Karriereübertritt von Athleten in eine unternehmerische Laufbahn?
Nach einer kurzen Einleitung, werden Leistungssportler als second career entrepreneurs eingeordnet. Der aktuelle Forschungsstand, dargestellt in 1.2, zeigt auf, dass Athleten-Gründertum als eigener untergeordneter Forschungsstrom von bestehender Forschung zu Sport-Gründertum abgegrenzt werden sollte. Abschnitt 1.3 führt neben einer grafischen Übersicht über die drei Studien dieser Dissertation die untergeordneten Teilforschungsfragen auf, welche unterschiedliche Aspekte der Theorie des geplanten Verhaltens (TPB) betrachten. Anschließend werden in Abschnitt 1.4 die Struktur und die Anwendungsbereiche der Dissertation aufgezeigt.
Studie 1 in Abschnitt 2 wurde gemeinsam mit Andreas Kuckertz und Elisabeth S. C. Berger erstellt und befasst sich mit der Eignung von Leistungssportlern als Unternehmer. Es wurden die big five Persönlichkeitsmerkmale (Neurotizismus, Extraversion, Offenheit für Erfahrungen, Gewissenhaftigkeit und Verträglichkeit) sowie die Risikoneigung von Leistungssportlern (von Sportarten mit niedrigem und hohem Risiko) und Nicht-Sportlern erhoben und mit einer Varianzanalyse (ANOVA) und post-hoc Tests analysiert. Die Ergebnisse wurden mit den Persönlichkeitsmerkmalen verglichen, die Unternehmern zugesprochen werden. Dieser explorative Vergleich basiert auf der Theorie der Passung zwischen Person und Arbeit und zeigt die Gemeinsamkeiten zwischen den Karrieren von Leistungssportlern und Unternehmern. Die übereinstimmenden Persönlichkeitsmerkmale führen zu dem Schluss, dass Unternehmertum eine geeignete Wahl für eine zweite Karriere von Leistungssportlern sein kann. Diese erste Studie der Dissertation bildet die Grundlage für die in Kapitel 2 und 3 folgenden Untersuchungen.
Die zweite Studie in Kapitel 3 konzentriert sich auf den Prozess des Karriereübertritts aus dem Leistungssport in das Unternehmertum. Mit dem explorativen Ansatz werden zahlreiche Treiber und Hindernisse über elf semi-strukturierte Interviews identifiziert. Mit der Methode comparative causal mapping wurden Gemeinsamkeiten festgestellt, welche in Fähigkeiten und Eigenschaften, Ergebniserwartungen, Übertrittsbedingungen und Effekte gruppiert wurden. Durch das Einhalten des Person-Umwelt Fits unterstützen die Ergebnisse sowohl die Selektions- als auch die Sozialisationshypothese der Karriere. Außerdem wurden der Vorteil von Leistungssportlern herausgestellt, auf mögliche widrige Umstände verschiedene Bewältigungsstrategien zu entwickeln.
Nachdem Einflussfaktoren auf den Karriereübertritt von Athleten-Gründern gefunden wurden, konzentriert sich Studie 3 in Kapitel 4, die gemeinsam mit Celine Ströhle erstellt wurde, auf den Einfluss von Resilienz auf die Gründungsneigung. Basierend auf der Annahme eines erhöhten Resilienzlevels von Leistungssportlern verglichen mit Nicht-Sportlern, wird Resilienz als Einflussfaktor auf die Gründungsneigung untersucht. Zunächst zeigt die Varianzanalyse zwischen den beiden Gruppen einen signifikanten Unterschied im Resilienzlevel auf. Die Strukturgleichungsanalyse bestätigt den Einfluss der Resilienz auf die Gründungsneigung bei Leistungssportlern und Nicht-Sportlern unter Einbezug der Theorie des geplanten Verhaltens. Außerdem wurde ein signifikanter Unterschied in der Beziehung zwischen wahrgenommener Verhaltenskontrolle und Gründungsneigung zwischen Leistungssportlern und Nicht-Sportlern festgestellt.
Abschnitt 5 schließt die Dissertation mit einer Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse ab. Die Ergebnisse werden in den Gesamtzusammenhang der Dissertation eingeordnet und der Beitrag zu den Forschungsgebieten Athleten-Gründertum, Karriereübertritt in das Unternehmertum sowie Förderprogramme und Ausbildung zum Unternehmertum werden herausgestellt. Dies zeigt die wegweisende Rolle dieser Dissertation in der frühen Entwicklung eines neuen und entscheidenden Forschungsgebietes
Population genomics of herbicide resistance in Alopecurus myosuroides
Get PDFOver the past 50 years, herbicides have often replaced mechanical and manual human weed control, thus representing a major factor in yield productivity in modern agriculture. Herbicide applications, however, exert strong selection pressures on weeds. As a consequence, these species have developed herbicide resistance through adaptive, beneficial alleles that increase in number to ensure the persistence of the populations, a phenomenon known as evolutionary rescue. A major research question is whether herbicide resistance adaptation is more likely to arise from standing genetic variation that was present before the onset of herbicide selection or from de novo mutations that arose after herbicide selection began. To address this question, I focused on target-site resistance (TSR) point mutations, which cause a lower binding affinity to the target protein of the respective herbicides. I first investigated the diversity of TSR haplotypes in populations of the grass species Alopecurus myosuroides (common name: blackgrass), and compared it with the TSR diversity outcome of simulated populations under both evolutionary scenarios.
I first conducted a population genetics study of A. myosuroides, which is the most problematic weed in winter cereals across the European continent due to rapid resistance evolution. To obtain genome-wide polymorphic markers, I adapted a restriction site-associated DNA sequencing protocol to this species. I began by analyzing the diversity and population structure in a smaller local South German collection. The fact that I could differentiate populations on a local scale motivated me to extend the study to a European-wide collection, in which I found clear population structure, albeit with low differentiation and some evidence for admixture across Europe. In addition, I generated highly accurate long-read amplicons from single individuals of two loci, ACETYL-COA CARBOXYLASE (ACCase) and ACETOLACTATE SYNTHASE (ALS), which are the targets of the two main herbicide modes of action used in European cereal crops. I obtained completely phased haplotype information, supporting the analysis of haplotype diversity on a population level. I found a remarkable diversity of beneficial TSR mutations at the field level arising from multiple haplotypes of independent origin, so called soft sweeps. I used this information to perform forward simulations to investigate the evolutionary origin of these mutations. I found evidence that a majority of resistance mutations originated from standing genetic variation. While this at first may appear surprising, it is consistent with very large census and effective population sizes in blackgrass.
Since long-read amplicon sequencing of single individuals could be costly and time consuming, I extended the analysis to pools of 150 to 200 individuals from Germany, Belgium, France, the Netherlands and the United Kingdom. By combining the power of a more stringent accuracy criterion in our long-reads and a novel clustering software (PacBio amplicon analysis), I was able to preserve individual haplotype information in pooled samples. Furthermore, in a proof of concept experiment, I was able to recover in our pools most haplotypes previously sequenced in individuals. The amplicon study provides a versatile workflow that can be easily adapted to any gene of interest in different species.
In conclusion, I found that many A. myosuroides populations likely already have the genetic prerequisites not only for rapid evolution of resistance to currently used herbicides, but also to herbicides that have not yet been brought to market.In den letzten 50 Jahren haben Herbizide größtenteils die mechanische und manuelle Unkrautentfernung durch den Menschen ersetzt und bilden damit einen wichtigen Beitrag zur Ertragsstabilität in der modernen Landwirtschaft. Der Einsatz von Herbiziden übt jedoch einen starken Selektionsdruck auf Unkräuter aus. Infolgedessen haben diese Arten eine Herbizidresistenz entwickelt, welche mit dem Anstieg von adaptiven, vorteilhaften Allelen einhergeht und so den Fortbestand der Populationen sichert - ein Phänomen, das als evolutionäre Rettung bekannt ist. Hier stellt sich die Frage, ob die Herbizidresistenz als bestehende genetische Variationen in den Populationen bereits vor Beginn der Herbizid-Selektion vorhanden ist oder aus de-novo Mutationen hervorgeht, die nach Beginn der Herbizid-Selektion entstanden sind. Um diese Frage zu klären, habe ich mich auf Punktmutationen der Target-Site-Resistenz (TSR) konzentriert, die eine geringere Bindungsaffinität zum Zielprotein des jeweiligen Herbizids bewirken. Dazu analysierte ich die Diversität der TSR-Haplotypen in Populationen der Grasart Alopecurus myosuroides (allgemein: Ackerfuchsschwanz) und verglich sie mit dem Ergebnis der TSR-Diversität simulierter Populationen unter beiden Evolutionsszenarien.
Als Erstes führte ich eine populationsgenetische Studie in A. myosuroides durch, welches aufgrund der schnellen Resistenzentwicklung das problematischste Unkraut beim Anbau von Wintergetreide in Europa ist. Um genomweite polymorphe Marker zu generieren, habe ich ein Protokoll zur Erzeugung von Restriktionsstellen-assoziierten DNA-Markern an diese Grasart angepasst. Zunächst analysierte ich die Diversität und Populationsstruktur in einer kleineren lokalen süddeutschen Sammlung. Die Tatsache, dass ich Populationen auf lokaler Ebene unterscheiden konnten, motivierte mich, die Studie auf eine europaweite Sammlung auszudehnen. Dort zeigte sich eine klare Populationsstruktur, wenn auch mit einer geringen Differenzierung, sowie Hinweise auf genetische Vermischungen in ganz Europa. Darüber hinaus generierte ich hochpräzise Long-Read Amplikons von einzelnen Individuen der beiden Gene ACETYL-COA CARBOXYLASE (ACCase) und ACETOLACTAT SYNTHASE (ALS), welches die Zielgene der beiden wichtigsten herbiziden Wirkmechanismen im Getreideanbau sind. Ich erhielt vollständig phasierte Haplotyp Informationen, die es mir ermöglichten, die Haplotyp-Diversität auf Populationsebene zu analysieren. Ich fand eine bemerkenswerte Vielfalt an vorteilhaften TSR-Mutationen auf Feldebene, die aus mehreren Haplotypen unabhängigen Ursprungs, so genannten Soft Sweeps, hervorgingen. Diese Informationen konnte ich für Vorwärts-Simulationen nutzen, um den evolutionären Ursprung dieser Mutationen näher zu untersuchen. Ich fand Hinweise darauf, dass die Mehrzahl der Resistenzmutationen aus bestehenden genetischen Variationen hervorgegangen sind. Dies mag auf den ersten Blick überraschen, steht aber im Einklang mit den hohen effektiven Populationsgrößen von Ackerfuchsschwanz.
Da die Long-Read Amplikon Sequenzierung von Einzelindividuen kostspielig und zeitaufwändig sein kann, habe ich meine Methode auf Pools von 150 bis 200 Individuen aus Deutschland, Belgien, Frankreich, den Niederlanden und dem Vereinigten Königreich ausgedehnt. Durch die Erhöhung der Read Genauigkeit und mit Hilfe der neuartigen Clustering-Software (PacBio amplicon analysis) war ich in der Lage, individuelle Haplotyp-Informationen in den gepoolten Proben zu erhalten. Darüber hinaus konnte ich die meisten Haplotypen, die zuvor als Einzelproben sequenziert worden waren, in unseren Pools identifizieren. Die Amplikon Pool Methode kann leicht an jedes Gen von Interesse in verschiedenen Arten angepasst werden.
Ich komme zu dem Schluss, dass in vielen A. myosuroides Populationen die genetischen Vorraussetzungen für eine rasche Resistenzentwicklung höchstwahrscheinlich bereits vorhanden sind. Dies betrifft nicht nur Herbizide, die derzeit verwendet werden, sondern auch Wirkstoffe, die noch nicht auf dem Markt sind
Occupational regulation, institutions, and migrants labor market outcomes
Get PDFWe study how licensing, certification and unionisation affect the wages of natives and migrants and their representation among licensed, certified, and unionized workers. We provide evidence of a dual role of labor market institutions, which both screen workers based on unobservable characteristics and also provide them with wage setting power. Labor market institutions confer significant wage premia to native workers (3.9, 1.6, and 2.7 log points for licensing, certification, and unionization respectively), due to screening and wage setting power. Wage premia are significantly larger for licensed and certified migrants (10.2 and 6.6 log points), reflecting a more intense screening of migrant than native workers. The representation of migrants among licensed (but not certified or unionized) workers is 14% lower than that of natives. This implies a more intense screening of migrants by licensing institutions than by certification and unionization