Das Institut für Bio- und Geowissenschaften, Bereich Pflanzenwissenschaften (IBG-2) am Forschungszentrum Jülich (FZJ) ist seit Jahren eines der weltweit führenden Institute in der Pflanzenphänotypisierung. Mit dem Jülich Plant Phenotyping Center (JPPC) wurde am FZJ international die erste Einrichtung geschaffen, die sich explizit mit der Entwicklung von Phänotypisierung als Wissenschaftszweig beschäftigt. Diese Expertise wurde national durch die Koordination des DPPN-Projektes und auf europäischer Ebene durch die Koordination von EPPN/ EPPN2020 und aktuell des ESFRI Projektes EMPHASIS, sowie durch die Koordination von IPPN auf globaler Ebene verstetigt und weiter ausgebaut.

Das FZJ bringt seine technische Expertise in der Entwicklung von Methoden, Automatisierung, Robotik und Bildanalyse ein. Phänotypisierung bedeutet aber auch die Simulation und Erfassung von Umweltbedingungen, um relevante Ergebnisse für die Praxis der Züchtung und den Pflanzenbau zu erzielen. Hierzu werden technologische Kompetenzen und physiologisches Know-how vereint . Dies bietet ideale Voraussetzungen, um Pflanzenphänotypisierung auf höchstem wissenschaftlichem Niveau weiter zu betreiben und gleichzeitig relevant für die Praxis anzuwenden.

Hierzu wird das Spektrum moderner Pflanzenphänotypisierung abgedeckt: Mechanistische Analysen mit komplexen tomografischen Methoden zeigen, wie dynamisch Pflanzen auf ihre Umwelt und Stresssituationen reagieren und wie sie Anpassungsmechanismen entwickeln. Automatisierte Systeme, in denen Pflanzenkollektionen unter definierten Boden- und Klimabedingungen auf ihre Eigenschaften hin untersucht werden können, sind ein weiteres Charakteristikum des IBG-2.  Als Referenz dient immer das Verhalten der Pflanzen im Feld. Auch die Phänotypisierung im Feld profitiert von den aktuellen Entwicklungen von Fluggeräten unterschiedlicher Eigenschaften, Sensoren und Kameras.

Schwerpunkte:

(Öko-)Physiologie und Screening
Entwicklung von Phänotypisierungstechnologie, Automatisierung, Robotik und Bildanalyse
Integration von Plattformen

Das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben ist eine der international bedeutendsten Forschungsstätten für landwirtschaftliche Kulturpflanzen. Das IPK beherbergt die bundeszentrale Ex-situ-Genbank für landwirtschaftliche und gartenbauliche Kulturpflanzen mit ca. 145.000 verschiedenen biologischen Mustern (hauptsächlich als Samen vorgehalten), die eine immense biologische Diversität repräsentieren und arbeitet an der Bestimmung der Eigenschaften dieser Pflanzen und der Aufklärung der genetischen Ursachen ihrer Vielfalt. Ziel ist es, Pflanzenzüchtern besonders nutzbringendes Saatgut und die nötigen Informationen an die Hand zu geben, um ihre Sorten zu verbessern – sei es in Bezug auf Ertrag, Resistenzen oder Anpassung an sich ändernde Umweltbedingungen.

Durch die Nutzung neuester, sich rasant weiterentwickelnder DNA-Sequenzier- und Typisierungstechnologien vollziehen sich seit einigen Jahren riesige Fortschritte im Bereich der Erbgutuntersuchung, d.h. der Erfassung der genetischen Variabilität. Um diese Daten, die am IPK insbesondere für die hoch komplexen Genome wichtiger Getreidearten und die vorgehaltenen umfangreichen Diversitätskollektionen erhoben und vorgehalten werden für den Erkenntnisgewinn ausschöpfen zu können, müssen die Beziehungen zwischen den genetischen und phänotypischen Eigenschaften aufgedeckt und detailliert untersucht werden.

Die Kombination aus einer einzigartigen Pflanzenanzucht-Infrastruktur zur kontrollierten Simulation von feldähnlichen bzw. -relevanten Umweltbedingungen und neuartigen Pflanzenphänotypisierungsanlagen, die die Analyse der Leistungsfähigkeit (Ertragspotenzial) und der Robustheit von Kulturpflanzen (Ertragsstabilität unter günstigen und ungünstigen Bedingungen) als Einzelpflanzen oder Pflanzenbestände ermöglicht, stellt ein international hervorstechendes Alleinstellungsmerkmal des IPK dar.

Schwerpunkte:

Pflanzengenetik und Informatik
Genbanken
Hochdurchsatzphänotypisierung (Lemnatec)

Der Schwerpunkt der Forschungsarbeit des Instituts für Biochemische Pflanzenpathologie (BIOP) am Helmholtz Zentrum München (HMGU) liegt auf der Untersuchung molekularer Mechanismen, die Pflanzen nutzen, um sich an ihre Umgebung anzupassen. Ziel der Forschung ist es, nachhaltige Strategien für den Anbau und die Nutzung von Pflanzen zu entwickeln und den Schutz der natürlichen Ressourcen zu wahren. Durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Pflanzen- und Agrarwissenschaftlern sowie Mikrobiologen werden neue Konzepte und Technologien gefördert, um die Grundlagen und Mechanismen der Interaktion zwischen Pflanzen und ihrer Umwelt besser zu verstehen.

Durch die Beschreibung der genetischen und biochemischen Prozesse, die Wachstum, physiologischen Zustand und Abwehrmechanismen der Pflanzen bestimmen, leistet das Institut einen wesentlichen Beitrag zur Pflanzenphänotypisierung. Die Antwort auf biotische und abiotische Faktoren, denen Pflanzen ausgesetzt sind, erfolgt durch eine Signalkette von Wahrnehmung und Reaktion, die durch die genetische Ausstattung entscheidend gesteuert wird. Die Entschlüsselung dieser Signalketten und ihrer beteiligten Komponenten stellt hier die zentrale Herausforderung dar.

Das HMGU verfügt hierzu über technisch exzellent ausgestatte Simulationsanlagen, die realistisch und reproduzierbar verschiedene Umweltbedingungen schaffen können. So kann unter experimentellen Bedingungen untersucht werden, wie sich Umweltparameter wie UV-Strahlung, Wasserangebot, Zusammensetzung der Bodenmineralien bis hin zu Gaszusammensetzung der Atmosphäre auf Pflanzen auswirken. Mit diesen Erkenntnissen kann die Nachhaltigkeit in Landwirtschaft und biotechnologischer Pflanzennutzung unterstützt und ein Beitrag zur Sicherung der Rolle von Pflanzen bei der Ernährung und für die Gesundheit von Menschen geleistet werden.

Schwerpunkte:

Pflanzenpathologie
(A)biotischer Stress
Bioinformatik
Umweltsimulation