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Projekt
Integration genetischer Informationen in Pflanzenwachstumsmodelle zur Analyse genotypspezifischer Reaktionen auf kombinierte (abiotische + biotische) Stressfaktoren & modellbasierte Synthese (SP6)
Fachliche Zuordnung
Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
Förderung
Förderung seit 2026
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 571153016
Bislang verknüpft kein Maismodell genetische Informationen unterschiedlicher Genotypen explizit mit ökophysiologischen Parametern, um Genotypenleistung unter variablen abiotischen und biotischen Stressbedingungen zu quantifizieren. Das begrenzt die Fähigkeit, genotypspezifische Reaktionen unter zunehmender Klimavariabilität und -extremen zu verstehen und vorherzusagen. Dieses Teilprojekt schließt diese Lücke durch die Entwicklung eines neuen, prozessorientierten Modellrahmens zur Quantifizierung von Effekten und Wechselwirkungen multipler Stressoren - konkret Trockenstress, Stickstoffmangel, Blattkrankheiten und Insektenbefall - auf die Maisproduktivität. Das Modell wird je agrarökologischer Zone, i.e. wechselfeuchte Tropen und sommerfeuchte gemäßigte Zone Mitteleuropas , auf sechs kommerzielle Maishybride angewandt. Das Projekt baut auf etablierten Routinen zur Simulation von Wasser- und Stickstoffdynamiken auf. Im ersten Schritt werden diese durch neue prozessbasierte Module erweitert, die kombinierte Effekte von abiotischen und biotischen Stressfaktoren abbilden. Dieses erweiterte Modell, das als ‚MultiStress Modell‘ bezeichnet wird, wird mit detaillierten genotypspezifischen Daten eines tropischen und eines mitteleuropäischen Hybriden kalibriert und validiert. Damit wird sichergestellt, dass das Modell physiologische Reaktionen auf komplexe, interagierende Stressfaktoren unter Praxisbedingungen korrekt abbildet. Im nächsten Schritt werden quantitative Beziehungen zwischen genotypspezifischen Daten und wichtigen Modellparametern entwickelt. Zu den Zielmerkmalen zählen Blühzeitpunkt, Transpirationseffizienz, Krankheitsanfälligkeit und Schädlingsresistenz. Diese Beziehungen werden geprüft, indem getestet wird, ob sie eine präzise Parametrisierung aller weiteren Genotypen ermöglichen und physiologische Unterschiede über verschiedene Umwelten hinweg realistisch abbilden. Nach vollständiger Parametrisierung wird das MultiStress Modell genutzt, um zwei Hypothesen zu testen: (1) die Effekte multipler Stressoren sind nicht additiv, und (2) kombinierte Stresseffekte sind in Tropen stärker als unter mitteleuropäischen Bedingungen - bedingt durch höhere Temperaturen und Luftfeuchtigkeit, schnellere Entwicklung sowie stärkeren Krankheits- und Schädlingsdruck. Genotypspezifische Simulationen werden durchgeführt, um Wechselwirkungen und Leistungen unter Stress zu bewerten. Abschließend wird das Modell angewandt, um vielversprechende Kombinationen genetischer Merkmale für verschiedene Umwelt-Stressbedingungen zu identifizieren. Dieser integrierte Ansatz liefert neue mechanistische Einblicke in die Feldleistung von Mais unter multiplen Stressbedingungen. Durch direkte Kopplung von Genotypmerkmalen mit Modellparametern verbindet das MultiStress Modell Genetik und Ökophysiologie, um Züchtung und Managementstrategien in mitteleuropäischen und tropischen Maisanbausystemen unter konkurrierenden Stressfaktoren zu verbessern.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
