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Die Wissenschaftsorganisation wählt einen Armeeforscher zum Fellow

Bildnachweis: RESEARCH TRIANGLE PARK der US-Armee, NC – Die amerikanische Vereinigung zur Förderung der Wissenschaft hat einen Wissenschaftler der Armee gewählt…

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RESEARCH TRIANGLE PARK, NC – Die amerikanische Vereinigung zur Förderung der Wissenschaft wählte einen Armeewissenschaftler für seine wichtigen Beiträge zu Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik zum Stipendiaten für 2020.

Dr. Cliff Wang, Zweigstellenleiter für Netzwerkwissenschaften im Army Research Office, einem Element des US Army Combat Capabilities Development Command, jetzt bekannt als DEVCOM, Army Research Laboratory, trug zum Bereich der Sicherheitswissenschaften bei, zu einer herausragenden Führungsrolle in der nationalen Forschung und Umwandlung von Ergebnissen in wirkungsvolle Cyber-Abwehrfähigkeiten.

"Wir freuen uns, dass Dr. Wangs Forschungsbeiträge auf globaler Ebene anerkannt werden", sagte Dr. Randy Zachery, Leiter der Abteilung Informationswissenschaft der ARO. "Seine Bemühungen, wissenschaftliche Entdeckungen im Bereich der fünften Kriegsführung, dem Cyber, zu leiten, sind für die Armee von wesentlicher Bedeutung, um unsere langfristige nationale Sicherheit zu schützen."

Die Gruppe ist eine amerikanische internationale gemeinnützige Organisation mit dem erklärten Ziel, die Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern zu fördern und die wissenschaftliche Freiheit zu verteidigen. Sein Rat wählte 489 Mitglieder zu neuen lebenslangen Stipendiaten. Diese Personen werden auf der AAAS-Jahrestagung im Februar 2021 für ihre Beiträge zu Wissenschaft und Technologie anerkannt.

Wang leitet das extramurale Grundlagenforschungsprogramm der Armee, um wissenschaftliche Grundlagen für die Informationssicherung zu schaffen und neues Wissen auf diesem Gebiet zu schaffen. Durch die Partnerschaft mit anderen Bundesfinanzierungsagenturen, Forschungslabors, akademischen Institutionen und der Industrie versucht seine Niederlassung, revolutionäre Fähigkeiten in Kommunikationsnetzen, Multi-Agent-Netzwerkkontrolle sowie Sozial- und Informationsnetzwerken aufzubauen, um die Überlegenheit der USA in der Netzwerkwissenschaft und deren Dominanz aufrechtzuerhalten in Innovation.

Als Absolvent der North Carolina State University promovierte Wang 1996 in Computertechnik. Er forschte auf den Gebieten Computer Vision, medizinische Bildgebung, Hochgeschwindigkeitsnetzwerke und zuletzt Informationssicherheit. Er hat mehr als 60 technische Artikel und drei Internet-Standard-RFCs verfasst. Er hat außerdem 20 Bücher im Bereich Informationssicherheit verfasst / herausgegeben und hält vier US-Patente zur Entwicklung von Informationssicherheitssystemen.

Seit 2003 verwaltet Wang das extramurale Forschungsportfolio von ARO im Bereich Informationssicherung. 2007 beförderte ihn die Armee zum Zweigstellenleiter für Informatik, während er gleichzeitig sein Programm für Cybersicherheit leitete. Heute ist er Zweigstellenleiter für Netzwerkwissenschaften.

Wang ist außerdem Professor am Institut für Informatik und am Institut für Elektrotechnik und Informationstechnik der NC State University.

Darüber hinaus ist Wang IEEE-Stipendiat und erhielt den IEEE Big Data Security Pioneer Award 2020.

AAAS-Stipendiaten werden jedes Jahr von ihren Kollegen gewählt, die im Rat von AAAS, dem von Mitgliedern geführten Leitungsgremium der Organisation, tätig sind. Der Titel würdigt wichtige Beiträge zu MINT-Disziplinen, darunter wegweisende Forschung, Führung in einem bestimmten Bereich, Lehre und Mentoring, Förderung der Zusammenarbeit und Förderung des öffentlichen Verständnisses der Wissenschaft.

Zu den früheren AAAS-Fellows gehören der Erfinder Thomas Edison, der Soziologe W. E. B. Du Bois, die Anthropologin Margaret Mead, die Informatikerin Grace Hopper, der Physiker Steven Chu und die Astronautin Ellen Ochoa.

Um für den Rang eines Stipendiaten berücksichtigt zu werden, muss ein AAAS-Mitglied von drei zuvor gewählten Stipendiaten, der Lenkungsgruppe einer AAAS-Sektion oder dem CEO der Organisation nominiert werden. Die Nominierungen werden in zwei Schritten überprüft, wobei die Lenkungsgruppen die Nominierungen in ihrer Sektion überprüfen und der AAAS-Rat über die endgültige Liste abstimmt.

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Das DEVCOM Army Research Laboratory ist ein Element des US Army Combat Capabilities Development Command. Als Unternehmensforschungslabor der Armee operationalisiert ARL die Wissenschaft, um ein transformatives Übermaß zu erreichen. Durch die Zusammenarbeit zwischen den technischen Kernkompetenzen des Kommandos ist DEVCOM führend in der Entdeckung, Entwicklung und Bereitstellung der technologiebasierten Fähigkeiten, die erforderlich sind, damit Soldaten die Kriege der Nation erfolgreicher gewinnen und sicher nach Hause kommen können. DEVCOM ist ein wichtiges untergeordnetes Kommando des Army Futures Command.

Wang leitet das extramurale Grundlagenforschungsprogramm der Armee, um wissenschaftliche Grundlagen für die Informationssicherung zu schaffen und neues Wissen auf diesem Gebiet zu schaffen. Durch die Partnerschaft mit anderen Bundesfinanzierungsagenturen, Forschungslabors, akademischen Institutionen und der Industrie versucht seine Niederlassung, revolutionäre Fähigkeiten in Kommunikationsnetzen, Multi-Agent-Netzwerkkontrolle sowie Sozial- und Informationsnetzwerken aufzubauen, um die Überlegenheit der USA in der Netzwerkwissenschaft und deren Dominanz aufrechtzuerhalten in Innovation.

Source: https://bioengineer.org/science-organization-elects-army-researcher-as-fellow/

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Feldanalyse im Fokus

Mikroskopiesysteme mit kundenspezifischen Chips könnten die Identifizierung von Krankheitserregern vor Ort erweitern. Credit: Viri et al. Die Entwicklung einer kostengünstigen, tragbaren Mikroskopie…

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Mikroskopiesysteme mit kundenspezifischen Chips könnten die Identifizierung von Krankheitserregern vor Ort erweitern

Bildnachweis: Viri et al.

Die Entwicklung kosteneffizienter, tragbarer Mikroskopiegeräte würde ihre Verwendung an abgelegenen Feldstandorten und an Orten mit weniger Ressourcen erheblich erweitern, was möglicherweise zu einer einfacheren Analyse von Kontaminanten wie E. coli in Wasserquellen vor Ort sowie anderen praktischen Anwendungen führen würde .

Gegenwärtige Mikroskopiesysteme, wie sie zur Abbildung von Mikroorganismen verwendet werden, sind teuer, da sie für maximale Auflösung und minimale Verformung der von den Systemen erzeugten Bilder optimiert sind. Einige Situationen erfordern jedoch keine solche Optimierung – zum Beispiel das einfache Erkennen des Vorhandenseins von Krankheitserregern im Wasser. Ein möglicher Ansatz zur Entwicklung eines kostengünstigen tragbaren Mikroskopiesystems ist die Verwendung transparenter Mikrokugeln in Kombination mit erschwinglichen Objektivlinsen mit geringer Vergrößerung, um die Bildauflösung und -empfindlichkeit zu erhöhen.

Eine Gruppe von Forschern der Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) in der Schweiz veröffentlichte eine Studie über eine solche Anordnung aus Bariumtitanatkugeln, die teilweise in dünne Polymermembranen eingebettet sind. Das Ergebnis ihrer Arbeit, die im neuen Journal of Optical Microsystems von SPIE erscheint, ist eine vorgeschlagene Methode zur Herstellung von Mikrofluidik-Chips unter Verwendung der Baugruppe zum verbesserten Nachweis von Bakterien. Solche kundenspezifischen Chips mit bereits integrierten fluidischen und optischen Komponenten bieten viele Vorteile, wenn sie mit tragbaren Low-End-Bildgebern für Analysen an entfernten Standorten oder in Regionen mit begrenzten Ressourcen kombiniert werden.

"Kostenreduzierung und Portabilität sind für die Verbreitung von Analysegeräten von Vorteil, insbesondere in ressourcenbeschränkten Kontexten, und die Integration erschwinglicher mikrooptischer Elemente direkt auf Mikrofluidik-Chips kann einen großen Beitrag dazu leisten", sagte Martin Gijs, Professor an der EPFL und ein Autor der veröffentlichten Arbeit.

Die Fähigkeit der Baugruppe, die Erkennung von Bakterien zu verbessern, ebnet den Weg für andere Anwendungen, die an entfernten Standorten verwendet werden können. Darüber hinaus haben die Forscher die Möglichkeit aufgezeigt, bestimmte funktionelle mikrofluidische Elemente anzupassen. Solche Integrationen könnten Anwendungen wie Antibiotika-Tests vor Ort zum Tragen bringen.

Angesichts sinkender Kosten für die Komponenten und Herstellungsverfahren könnte das von den Forschern vorgeschlagene Herstellungsprotokoll leicht für eine Vielzahl von Mikrofluidik-Chips mit integrierten optischen Elementen angepasst werden. Zusammen mit den geringeren Kosten von Low-End-Bildgebungssystemen könnte der Ansatz die Verwendung solcher Mikroskopiesysteme an ressourcenarmen Standorten für Analysen vor Ort stark erhöhen.

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Lesen Sie das Open-Access-Papier: Vittorio Viri, Daniel Migliozzi und Martin A.M. Gijs, "Integration von Polymermembran / dielektrischen Kugelanordnungen in Mikrofluidik-Chips für eine kontrastreiche Bildgebung mit Systemen mit geringer Vergrößerung", J. Opt. Microsys. 1 (1), 014001 (2021) doi 10.1117 / 1.JOM.1.1.014001.

Eine Gruppe von Forschern der Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) in der Schweiz veröffentlichte eine Studie über eine solche Anordnung aus Bariumtitanatkugeln, die teilweise in dünne Polymermembranen eingebettet sind. Das Ergebnis ihrer Arbeit, die im neuen Journal of Optical Microsystems von SPIE erscheint, ist eine vorgeschlagene Methode zur Herstellung von Mikrofluidik-Chips unter Verwendung der Baugruppe zum verbesserten Nachweis von Bakterien. Solche kundenspezifischen Chips mit bereits integrierten fluidischen und optischen Komponenten bieten viele Vorteile, wenn sie mit tragbaren Low-End-Bildgebern für Analysen an entfernten Standorten oder in Regionen mit begrenzten Ressourcen kombiniert werden.

Source: https://bioengineer.org/focusing-on-field-analysis/

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Der Staat Oregon erhält Zuschüsse, um Investitionen in die Aquakultur in Oregon voranzutreiben

Bildnachweis: Tiffany Woods CORVALLIS, Ore. – Die Oregon State University hat von der National Oceanic and…

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CORVALLIS, Ore. – Die Oregon State University hat von der National Oceanic and Atmospheric Administration einen Zuschuss von fast 700.000 USD erhalten, um Softwaretools für Investoren bereitzustellen, die an der Gründung von Aquakulturunternehmen in Oregon interessiert sind.

Forscher mehrerer Einrichtungen des Staates Oregon – darunter das College für Agrarwissenschaften, das Oregon Sea Grant, das College für Erd-, Ozean- und Atmosphärenwissenschaften, das Institut für natürliche Ressourcen sowie OSU Libraries and Press – werden eng mit der gemeinnützigen Oregon Aquaculture Association zusammenarbeiten über das dreijährige Stipendium des National Sea Grant Office der NOAA.

"Wir gehen davon aus, dass die von uns entwickelten Investitions- und Bildungsinstrumente die Aquakulturinvestitionen in Oregon und entlang der Westküste erhöhen und als Vorbild für andere Staaten dienen werden", sagte Gil Sylvia, Ökonom für Meeresressourcen im Staat Oregon und Hauptforscher auf den Zuschuss.

Laut der Food and Agriculture Association der Vereinten Nationen ist die Aquakultur die am schnellsten wachsende tierische Eiweißindustrie der Welt. Die weltweite kommerzielle Fischereiproduktion hat ein Plateau erreicht, und Aquakulturprodukte werden voraussichtlich bis 2050 mehr als 70% des Fischkonsums ausmachen.

Die Vereinigten Staaten leiden unter einem Handelsdefizit bei Meeresfrüchten, und importierte Aquakulturprodukte sind ein wesentlicher Bestandteil des Handelsungleichgewichts. Infolgedessen zielt die Regierung der Vereinigten Staaten auf die Aquakultur als potenzielle Wachstumsbranche ab.

In Oregon machen die Verkäufe von privaten Aquakulturunternehmen weniger als 13 Millionen US-Dollar aus, weit weniger als in anderen westlichen Bundesstaaten wie Washington, Kalifornien und Idaho. Die Aquakultur in Oregon konzentriert sich traditionell auf Austern an der Küste und Brütereien im Landesinneren, die Lachs und Forelle produzieren.

"Oregon ist gesegnet mit reichlich Süß- und Meereswasser, einem milden Klima, kostengünstigen und erneuerbaren Energien, universitären Forschungskapazitäten, einer vielfältigen Geografie, einem lokalen Lebensmittelethos und vorhandenen Meeresfrüchten und Lebensmittelverarbeitung", sagte Sylvia. „Diese Eigenschaften schaffen die Grundlage und das Potenzial für einen innovativen und vielfältigen Aquakultursektor.“

Um jedoch erfolgreich zu sein, müssen Aquakulturinvestoren, insbesondere kleine und mittlere Unternehmen, Artenoptionen, Produktionsmethoden, Land- und Wasserressourcen, Märkte und andere in Oregon einzigartige Bedingungen verstehen.

"Die Aquakultur ist eine herausfordernde und vielfältige Branche, die in vielerlei Hinsicht so herausfordernd und vielfältig ist wie die traditionelle Landwirtschaft", sagte Sylvia. "Die von uns entwickelte Software hilft, diese Herausforderungen zu lösen."

Die als Oregon Aquaculture Explorer Platform bezeichnete Software ist eine angepasste Version des Oregon Explorer, einer digitalen Bibliothek für natürliche Ressourcen, die zuvor von OSU Libraries and Press und dem Institute for Natural Resources entwickelt wurde.

Die Oregon Aquaculture Explorer Platform bietet mehr als 100 Datenebenen, von der Wasserqualität über die Energiekosten bis hin zu saisonalen Temperaturschwankungen. Investoren und andere Interessengruppen können die Plattform nutzen, um einen spezifischen Bericht über das Aquakulturpotenzial für einen bestimmten Standort im Bundesstaat zu erstellen.

Das Forschungsteam begann 2018 mit der Entwicklung der Software, nachdem es von Business Oregon, einer staatlichen Behörde, die Investitionen in Bereiche mit hohem Wachstumspotenzial fördert, einen Zuschuss von 450.000 USD erhalten hatte.

Mit dem Zuschuss für Business Oregon wurde auch die Erstellung von Investitionsmodellen für drei Aquakultur-Geschäftsszenarien finanziert: Tilapia in Umwälztanksystemen; Stör in Umwälztanks; und Hybrid-Streifenbarsch in Teichen – drei der am häufigsten gezüchteten unter mehr als 600 Aquakultur-Ernteoptionen.

"Diese sollen potenziellen Investoren dabei helfen, über die Rentabilität eines Unternehmens an einem bestimmten Standort nachzudenken", sagte Sylvia.

Mit der neuen Finanzierung durch die NOAA kann das Team zusätzliche Investitionsmodelle erstellen, die Arten umfassen, die in Ozeanen oder Flussmündungen leben. Sie haben sich nicht entschieden, auf welche Arten sie sich konzentrieren sollen, sagte Sylvia, aber es gibt folgende Möglichkeiten: Schalentiere wie Muscheln, Abalone, Seeigel und Jakobsmuscheln; Seetang wie Dulse; und andere Süßwasserfische wie Zander, Gelbbarsch und Forelle.

Die Finanzierung wird auch neue Partnerschaften mit staatlichen Stellen und Verbänden der Aquakulturindustrie in Kalifornien und Washington unterstützen. Entwicklung einer finanziellen Ausbildung in Aquakulturklassen im Staat Oregon; und Öffentlichkeitsarbeit, einschließlich Workshops und Konferenzen für Aquakulturinvestoren.

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https://today.oregonstate.edu/news/oregon-state-receives-grant-spur-aquaculture-investment-oregon

Die Vereinigten Staaten leiden unter einem Handelsdefizit bei Meeresfrüchten, und importierte Aquakulturprodukte sind ein wesentlicher Bestandteil des Handelsungleichgewichts. Infolgedessen zielt die Regierung der Vereinigten Staaten auf die Aquakultur als potenzielle Wachstumsbranche ab.

Source: https://bioengineer.org/oregon-state-receives-grant-to-spur-aquaculture-investment-in-oregon/

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Felder der Züchterträume: Teamarbeit zur gezielten Verbesserung der Ernte

Gemeinschaftsanstrengungen liefern Referenz-Switchgrass-Genom, UmweltanpassungsdatenKredit: David Lowry Gärtner und Landwirte im ganzen Land erkennen diese Ernte an…

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Die Bemühungen der Gemeinschaft liefern Referenz-Switchgrass-Genom- und Umweltanpassungsdaten

Gärtner und Bauern im ganzen Land erkennen an, dass die Pflanzensorten in bestimmten Regionen am besten wachsen. Die meisten Pflanzenarten haben sich an ihre lokale Umgebung angepasst; Beispielsweise unterscheiden sich Ernte- und Ziersamen, die für den oberen Mittleren Westen verkauft werden, häufig stark von denen, die für Texas gezüchtet wurden. Die Identifizierung und Züchtung von Sorten mit hoher Produktivität in einer Reihe von Umgebungen wird für Lebensmittel, Kraftstoffe und andere Anwendungen immer wichtiger, und die Züchter sind nicht daran interessiert, Jahrzehnte auf die Entwicklung neuer Pflanzen zu warten.

Ein Beispiel ist eine fortlaufende Zusammenarbeit zur Verbesserung des aufstrebenden Weichengrases für Bioenergiepflanzen (Panicum virgatum), das 10 experimentelle Gärten in acht Bundesstaaten angelegt hat, die sich über 1.100 Meilen erstrecken. Switchgrass ist ein mehrjähriges Gras, das in einer Vielzahl von Böden und Wasserbedingungen schnell wächst und höher ist als der Basketballstar LeBron James. In jedem Garten stellen Switchgrass-Pflanzen, die klonal aus Stecklingen vermehrt werden, eine vielfältige Sammlung dar, die aus der Hälfte der Vereinigten Staaten stammt.

Wie am 27. Januar 2021 in Nature berichtet, wurde das Team von Forschern der University of Texas (UT) in Austin, des HudsonAlpha-Instituts für Biotechnologie (HudsonAlpha) und des Joint Genome Institute (JGI) des US-Energieministeriums (DOE) geleitet. Eine Benutzereinrichtung des DOE Office of Science im Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) hat eine hochwertige Referenzsequenz des komplexen Switchgrass-Genoms unter Verwendung von in diesen Gärten gesammelten Proben erstellt. Aufbauend auf dieser Arbeit haben Forscher aller vier DOE-Bioenergie-Forschungszentren (BRCs) – des Great Lakes Bioenergy Research Center (GLBRC), des Zentrums für Bioenergie-Innovation, des Zentrums für fortgeschrittene Bioenergie und Bioprodukte und des Joint BioEnergy Institute – expandiert das Netzwerk der gemeinsamen Gärten und erforschen Verbesserungen an Switchgrass durch gezieltere Genomeditierungstechniken, um die Ernte für zusätzliche Endprodukte anzupassen.

Die genetische Vielfalt innerhalb dieser Pflanzengruppe mit jeweils einem vollständig sequenzierten Genom und diesen Gärten ermöglicht es Forschern zu testen, welche Gene die Anpassungsfähigkeit der Pflanze an verschiedene Umweltbedingungen beeinflussen. "Um die Züchtung für Bioenergie zu beschleunigen, müssen wir Verbindungen zwischen den Merkmalen der Pflanze und der genetischen Vielfalt herstellen", sagte John Lovell, Evolutionsbiologe bei HudsonAlpha und Erstautor der Studie. "Dafür ist es notwendig, das Genom der Pflanze als Referenz zu haben. Darüber hinaus hilft die Nutzung der Gärten als Ressource den Züchtern, genetische Regionen von Interesse zu finden. “ Die Kombination von Felddaten und genetischen Informationen hat es dem Forscherteam ermöglicht, Klimaanpassungen mit der Switchgrass-Biologie in Verbindung zu bringen. Diese Informationen könnten nützlich sein, um das Interesse des DOE an der Nutzung der Kultur als vielseitiger Kandidat für Biomasse-Rohstoffe zur Herstellung nachhaltiger alternativer Kraftstoffe zu fördern.

Gemeinsame Gärten sind eine Gemeinschaftsanstrengung

Die gemeinsamen Gärten begannen vor fast einem Jahrzehnt mit einem Vorschlag von Tom Juenger von UT-Austin, einem langjährigen JGI-Mitarbeiter und leitenden Autor dieser Studie. Die Verwendung von Switchgrass als Ausgangsmaterial für Kraftstoffe auf Biomassebasis wurde ursprünglich von den Bioenergie-Forschungszentren des DOE gefördert, die die Sequenzierung des Switchgrass-Genoms initiierten. Im Milliarden-Tonnen-Bericht von DOE wurden potenzielle Produktionsgebiete für Switchgrass in den USA ermittelt, die den Standort der gemeinsamen Gärten bestimmen. "Gärtner und Landwirte wissen genau, dass Pflanzen, die sich außerhalb ihres natürlichen Lebensraums oder ihrer Winterhärtezonen bewegen, unterschiedliche Leistungsniveaus aufweisen", sagte Juenger. "Das Neue dabei ist, dass wir versuchen herauszufinden, was diese Unterschiede verursacht, anstatt sie nur zu beobachten. Können wir sie quantifizieren? Können wir sie an das Genom binden? Wir können gemeinsame Gartenpflanzungen von klonal vermehrten Pflanzen verwenden, um diese Fragen zu beantworten. “

Es wurden mehrere Sammelmethoden angewendet, um die Vielfalt der in den Gärten vertretenen Switchgrass-Pflanzen zu erfassen. „Tom hat mir einen Lastwagen gegeben und ich bin mit einer Schaufel durch ganz Texas gefahren“, erinnert sich der Co-Autor der Studie, David Lowry, der als Postdoktorand im Juenger-Labor begann und weiterhin von einem Labor an der Michigan State University an dem Projekt arbeitet ist mit dem GLBRC verbunden. Zusätzliche Proben stammten aus Lagerzentren, Mitarbeitern und Sammlungen des US-Landwirtschaftsministeriums an anderen Standorten. "Dieses Papier ist eine Kombination aus hochmoderner Genomik und genetischer Analyse mit umfangreicher Datenerfassung", fügte er hinzu.

Jeremy Schmutz, Leiter des JGI-Pflanzenprogramms, zog Parallelen zwischen diesen gemeinsamen Gärten und denen, die zuvor für die DOE-Kandidaten-Rohstoffpappel angebaut wurden. "Sie sammeln natürliche Vielfalt und pflanzen natürliche Vielfalt an mehreren Standorten. Dann extrahieren Sie Verbindungen zwischen der genetischen Variation und der phänotypischen Leistung", sagte er. Sowohl Switchgrass als auch Pappel sind JGI-Flaggschiffpflanzen.

Langfristige Anlagevorteile nutzen

Switchgrass hat ein großes polyploides Genom, was bedeutet, dass die meisten Gene als Mehrfachkopien auf den Chromosomen gefunden werden. "In der Vergangenheit brauchten wir Modellsysteme, um genetische Hypothesen bei Arten mit großen und komplexen Genomen zu testen", sagte Lovell. "Dank neuer Sequenzierungstechnologien konnten wir jedoch die erforderlichen Genomressourcen aufbauen, um Gene, die an Biomasseertrag und Klimaanpassung in Switchgrass beteiligt sind, trotz ihrer physischen Größe und Genomkomplexität direkt zu testen."

Die Arbeit an der Switchgrass-Genomsequenz begann vor mehr als einem Jahrzehnt. Mit fortschreitenden Sequenzierungstechnologien hat sich die Assemblierung und Annotation der Genomsequenz parallel verbessert. Zum Beispiel ist die aktuelle Version des Genoms zu Sequenzen von 5,5 Millionen Basenpaaren (bp) Länge zusammengesetzt, während die vorherige Version durchschnittlich 25.000 bp Stücke hatte. Das ist der Unterschied zwischen dem Zusammensetzen eines Puzzles mit 10.000 Teilen und dem gleichen Puzzle mit nur 50 Teilen.

Die Kombination neuer genetischer Werkzeuge und experimenteller Gärten ermöglicht es Forschern, Klima-Gen-Übereinstimmungen zu erkennen, die für eine beschleunigte Verbesserung der Ernte genutzt werden können. „Aufgrund der langfristigen Investition des DOE und der damit verbundenen Anstrengungen werden die Menschen in der Lage sein, weitere Forschungen zu dieser komplexen Art zu modellieren und gleichzeitig die Vorteile zu nutzen, die wir jetzt mit der Genomik erreichen können machen wirklich Fortschritte in der Pflanzenbiologie und verbessern das Switchgrass als Pflanzenart “, sagte Schmutz.

Die Switchgrass-Genotypen, die in die gemeinsamen Gärten gepflanzt wurden, wurden vom JGI sequenziert und zusammengestellt, sodass das Forschungsteam Assoziationskartierungen durchführen und Gene mit Merkmalen verknüpfen konnte. Eine der Erkenntnisse des Teams ist, dass die Leistung von Switchgrass in den Gartengebieten von der Herkunft oder dem Sammelort der einzelnen Switchgrass-Pflanzen abhängt. Sie konnten viele Regionen im Switchgrass-Genom identifizieren, die mit genetischen Unterschieden verbunden sind, die in verschiedenen Umgebungen zu Produktivität führen.

Beispielsweise überlebten viele Pflanzen, die in einheimischen Lebensräumen in Texas und anderen südlichen Gegenden gesammelt wurden, den kalten Winter 2019 im nördlichsten gemeinsamen Garten in South Dakota nicht. Umgekehrt zeigten einheimische Switchgrass-Pflanzen aus dem oberen Mittleren Westen in den südlichen Gemeinschaftsgärten in Texas eine schlechte Leistung. Dieser wechselseitige Heimvorteil ist ein direkter Beweis für die Klimaanpassung. Die Datenbank des Teams mit Genen, die der Anpassung an das Klima zugrunde liegen, bietet den Züchtern eine solide Grundlage für die Verbesserung der Pflanzenproduktivität in bestimmten Klimazonen.

Die Beschaffung von Pflanzen aus so vielen Teilen des Landes half dem Team auch zu verstehen, warum einige Switchgrass-Pflanzen aus dem Nordosten ähnliche Merkmale wie die aus dem Mittleren Westen aufweisen, obwohl ihre Genome sehr unterschiedlich waren.

Die hochwertige Referenzgenomsequenz von Switchgrass ist auf dem JGI-Pflanzendatenportal Phytozome verfügbar. Diese Version kann Züchtern helfen, interessierende Genomregionen zu identifizieren und diese Merkmale direkt in neue Pflanzensorten einzuführen. "Es wird wichtig sein, all diese Informationen zu haben, um die Zucht in Zukunft zu erleichtern", bemerkte Lowry.

Das Team hat zusätzliche DOE-Mittel erhalten, um die Gärten weiter zu pflegen, was Juenger begeistert. "Es wird weiterhin Daten und Informationen aus diesen vorhandenen Pflanzungen sammeln und dann versuchen, diese Entdeckungen zu nutzen, um besser zu verstehen, wie Pflanzen Belastungen und Herausforderungen in der natürlichen Umwelt tolerieren", sagte er. „Es gibt nicht viele Bemühungen, einheimische mehrjährige Pflanzen mit diesen genetischen und genomischen Ressourcen zu untersuchen, die mit dieser Perspektive der Längsschnittstudie verwoben sind. Obwohl es diese enorme Investition war, diese Gärten anzulegen, müssen wir sie einige Jahre lang studieren. Und das ist ein echter Vorteil für das Forschungsprogramm. "

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Forscher der University of California (UC), Berkeley, Rutgers University, USDA-ARS, Arizona Genomics Institute, Universität Georgia, Athen, Clemson University, Marshall University, Jawaharlal Nehru University (Indien), Noble Research Institute, University of Nebraska, Lincoln, die South Dakota State University, die Universität von Missouri, das Argonne National Laboratory, das USDA-NRCS, die Texas A & M University, die UC Davis, die Oklahoma State University, die University of Oklahoma und die Washington State University waren ebenfalls an dieser Arbeit beteiligt.

Veröffentlichung: Lovell J et al. Genomische Mechanismen der Klimaanpassung in polyploiden Bioenergie-Switchgrass. Natur. 2021 Jan 27. doi: 10.1038 / s41586-020-03127-1.

Das Joint Genome Institute des US-Energieministeriums, eine Benutzereinrichtung des DOE Office of Science im Lawrence Berkeley National Laboratory, hat sich zum Ziel gesetzt, die Genomik zur Unterstützung von DOE-Missionen im Zusammenhang mit der Erzeugung sauberer Energie sowie der Charakterisierung und Reinigung der Umwelt voranzutreiben. JGI bietet integrierte Sequenzierung und Computeranalyse mit hohem Durchsatz, die systembasierte wissenschaftliche Ansätze für diese Herausforderungen ermöglichen. Folgen Sie @jgi auf Twitter.

Das DOE Office of Science ist der größte Befürworter der Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften in den USA und arbeitet daran, einige der dringendsten Herausforderungen unserer Zeit anzugehen. Weitere Informationen finden Sie unter science.energy.gov.

Fields of Breeders’ Dreams: A Team Effort Toward Targeted Crop Improvements

Wie am 27. Januar 2021 in Nature berichtet, wurde das Team von Forschern der University of Texas (UT) in Austin, des HudsonAlpha-Instituts für Biotechnologie (HudsonAlpha) und des Joint Genome Institute (JGI) des US-Energieministeriums (DOE) geleitet. Eine Benutzereinrichtung des DOE Office of Science im Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) hat eine hochwertige Referenzsequenz des komplexen Switchgrass-Genoms unter Verwendung von in diesen Gärten gesammelten Proben erstellt. Aufbauend auf dieser Arbeit haben Forscher aller vier DOE-Bioenergie-Forschungszentren (BRCs) – des Great Lakes Bioenergy Research Center (GLBRC), des Zentrums für Bioenergie-Innovation, des Zentrums für fortgeschrittene Bioenergie und Bioprodukte und des Joint BioEnergy Institute – expandiert das Netzwerk der gemeinsamen Gärten und erforschen Verbesserungen an Switchgrass durch gezieltere Genomeditierungstechniken, um die Ernte für zusätzliche Endprodukte anzupassen.

Source: https://bioengineer.org/fields-of-breeders-dreams-a-team-effort-toward-targeted-crop-improvements/

felder-der-züchterträume:-teamarbeit-zur-gezielten-verbesserung-der-ernte

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