Phänotypische Merkmale für die Selektion heimischer Leguminosen auf Methioninreichtum in der Pflanzenzüchtung

Ein Problem der Fütterung von Schweinen und Geflügel mit 100 % Futtermitteln aus Ökologischen Landbau sind die unzureichenden Methionin-(Met)-Gehalte im Protein europäischer Körnerleguminosen. Ziel der hier präsentierten Arbeiten ist es, neue Leguminosen Kultivare mit hohem Met-Gehalt im Samenprotein zu identifizieren. Neben der direkten Analyse der Aminosäuregehalte eines Zuchtsortiments der Pflanzenarten wird dazu die Übertragbarkeit der Methoden eines bei Soja (Glycine max) erfolgreich angewandten Verfahrens zur phänotypischen Selektion Met-reicher Pflanzen nach Imsande (2001) an Erbsen (Pisum sativum (L.)), Ackerbohnen (Vicia faba (L.)) and Lupinen (Lupinus angustifolius (L.)) erprobt. Als Indikatoren für Pflanzen mit hohem Metgehalt dienten der Chlorophyllgehalt der Blätter und das Wurzelwachstum von Keimlingen in einer Ethionin Lösung (0,75 mM). Erste Ergebnisse im Labormaßstab an unter Met-Zugabe aufgezogenen Pflanzen zeigten bei L. angustifolius and V. faba eine positive Korrelation zwischen der Met-Versorgung und den Chlorophyllgehalten. Met-reiche Pflanzen zeigten im Vergleich zu den unbehandelten Pflanzen um bis zu 59 % (L. angustifolius) bzw. bis zu 34 % (V. faba) erhöhte Chlorophyllgehalte in den Blättern. In einem zweiten Ansatz wurde der phytotoxische Effekt von Ethionin, einem chemischen Derivat zu Met, zum Screening auf Met-reiche Pflanzen genutzt. Der phytotoxische Effekt wird durch ansteigende Met-Konzentrationen gemindert. In einer 1 mM Met Lösung inkubierte Samen bildeten in Ethionin Lösung bis zu 33 % (P. sativum) bzw. bis zu 18 % (V. faba) längere Wurzeln aus. Die Erfolg versprechenden Ansätze zur Selektion Met-reicher Pflanzen mit direkt mit Met behandelten Pflanzen werden derzeit an Feldpopulationen erprobt

Variational Convergence and Discrete Minimal Surfaces

This work is concerned with the convergence behavior of the solutions to parametric variational problems. An emphasis is put on sequences of variational problems that arise as discretizations of either infinite-dimensional optimization problems or infinite-dimensional operator problems. Finally, the results are applied to discretizations of the Douglas-Plateau problem and of a boundary value problem in nonlinear elasticity

Impact of methionine nutrition on the leaf proteome of Lupinus angustifolius L. and Vicia faba L.

Grain legumes possess a gernerally favourable seed protein amino acid composition but low contents of sulfur amino acids decrease their nutrient value. To enhance the methionie content of local grain legumes by plant breeding, phenotypical attributes for high methionine contents are required for the selection process

CoBarS: Fast reweighted sampling for polygon spaces in any dimension

We present the first algorithm for sampling random configurations of closed $n$-gons with any fixed edgelengths $r_1, \dots, r_n$ in any dimension $d$ which is proved to sample correctly from standard probability measures on these spaces. We generate open $n$-gons as weighted sets of edge vectors on the unit sphere and close them by taking a M\"obius transformation of the sphere which moves the center of mass of the edges to the origin. Using previous results of the authors, such a M\"obius transformation can be found in $O(n)$ time. The resulting closed polygons are distributed according to a pushforward measure. The main contribution of the present paper is the explicit calculation of reweighting factors which transform this pushforward measure to any one of a family of standard measures on closed polygon space, including the symplectic volume for polygons in $\mathbb{R}^3$. For fixed dimension, these reweighting factors may be computed in $O(n)$ time. Experimental results show that our algorithm is efficient and accurate in practice, and an open-source reference implementation is provided.Comment: 27 pages, 8 figure

Computing the conformal barycenter

The conformal barycenter of a point cloud on the sphere at infinity of the Poincar\'e ball model of hyperbolic space is a hyperbolic analogue of the geometric median of a point cloud in Euclidean space. It was defined by Douady and Earle as part of a construction of a conformally natural way to extend homeomorphisms of the circle to homeomorphisms of the disk, and it plays a central role in Millson and Kapovich's model of the configuration space of cyclic linkages with fixed edgelengths. In this paper we consider the problem of computing the conformal barycenter. Abikoff and Ye have given an iterative algorithm for measures on $\mathbb{S}^1$ which is guaranteed to converge. We analyze Riemannian versions of Newton's method computed in the intrinsic geometry of the Poincare ball model. We give Newton-Kantorovich (NK) conditions under which we show that Newton's method with fixed step size is guaranteed to converge quadratically to the conformal barycenter for measures on any $\mathbb{S}^d$ (including infinite-dimensional spheres). For measures given by $n$ atoms on a finite dimensional sphere which obey the NK conditions, we give an explicit linear bound on the computation time required to approximate the conformal barycenter to fixed error. We prove that our NK conditions hold for all but exponentially few $n$ atom measures. For all measures with a unique conformal barycenter we show that a regularized Newton's method with line search will always converge (eventually superlinearly) to the conformal barycenter. Though we do not have hard time bounds for this algorithm, experiments show that it is extremely efficient in practice and in particular much faster than the Abikoff-Ye iteration.Comment: 29 pages, 8 figure

Selektion auf Methioninreichtum bei heimischen Leguminosen (Vicia faba, Pisum sativum und Lupinus angustifolius)

Im Projekt wurden phänotyische Selektionskriterien zur Identifizierung von Leguminosenpflanzen (Vicia faba, Pisum sativum und Lupinus angustifolius) mit methioninreichem Samen bzw. Samenprotein eingesetzt (nach Imsande 2001). Die Selektion erfolgte an Mx-Generationen EMS behandelter Pflanzen anhand des Chlorophyllgehaltes der Blätter und der Keimwurzellänge in einer Ethioninlösung (Et-Test). Der Methioningehalt der Samen sollte anhand der Schwefelgehalte eingestuft werden. Der im Projekt alternativ entwickelte bakterielle Schnelltest zur Messung der Methioningehalte im Samenprotein erreichte noch keine ausreichende Genauigkeit. Zwischen den Chlorophyllgehalten der Blätter und den Methionin- oder Schwefelgehalten in den Samen der Pflanzen konnte kein belastbarer Zusammenhang ermittelt werden. Im Et-Test konnten bei L. angustifolius im Mittel signifikant höhere relative Methioningehalte (g/16g N) in den Samen der selektierten Pflanzen gegenüber den Kontrollpflanzen festgestellt werden. Bei den übrigen untersuchten Pflanzenarten gelang dies nicht. Bei P. sativum lagen bei den im Et-Test als potentiell methioninreich selektierten Pflanzen bei hohen absoluten Methioningehalten (g/kg) gleichzeitig auch oft hohe S-Gehalte in den Samen vor. Die Methodik des Et-Tests wurde im Projekt erfolgreich entwickelt, jedoch ist die vorliegende Probenzahl für eine abschließende Bewertung der Methodik zu gering. Bei den Untersuchungen zur regulatorischen Funktion vom freiem, zellulären Methionin auf die Protein- und Genexpression der Pflanzen konnte eine Reduktion der allgemeinen Proteinexpression in Gegenwart von 1mM Methionin festgestellt werden. Ein Zusammenhang zwischen Methioningehalt und Chlorophyllbiosynthese konnte nicht bestätigt werden. Anhand der Aminosäurezusammensetzung in den Samen eines Leguminosensortiments (je Art 27-50 Sorten) konnte die aus der Literatur bekannte negative Korrelation zwischen Rohproteingehalt und relativem Methioningehalt bestätigt werden. Die Methioningehalte zeigten mit 12-22% (g/16gN) bzw. 16-24% (g/kg) positiver Abweichung vom Mittelwert eine hohe Variabilität des Merkmals. Die Züchtung von methioninreichen Körnerleguminosen erscheint bereits auf Basis der natürlichen Variabilität der Gehalte mit dem bestehenden Sortiment durchaus erfolgversprechend. Empfehlenswert wäre dazu eine breitangelegte Selektion von Einzelpflanzen aus bestehenden Sorten und Linien nach exakt bestimmten Aminosäuregehalten (z. B. NIR) im Samen