JAHRESBERICHT (Juni 2014 – Mai 2015)

ANNUAL REPORT (June 2014 – May 2015) Der WissenschaftsCampus Halle – Pflanzenbasierte Bioökonomie ist eine Gemeinschaftsinitiative von Leibniz-Gemeinschaft und Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg.

Der WissenschaftsCampus Halle – Pflanzenbasierte Bioökonomie

wird gefördert durch die Leibniz-Gemeinschaft und

das Land Sachsen-Anhalt.

ScienceCampus Halle – Plant-based Bioeconomy is a joint initiative of the Leibniz Association and Martin-Luther-University Halle-Wittenberg.

ScienceCampus Halle – Plant-based Bioeconomy

is funded by the Leibniz Association and

the Federal State of Saxony-Anhalt. Jahresbericht (Juni 2014 – Mai 2015)

VOM MOLEKÜL ZUR GESELLSCHAFT WEGE ZU EINER PFLANZENBASIERTEN BIOÖKONOMIE

Annual Report (June 2014 – May 2015)

FROM MOLECULE TO SOCIETY WAYS TO A PLANT-BASED BIOECONOMY JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 WissenschaftsCampus Halle Pflanzenbasierte Bioökonomie ScienceCampus Halle Plant-based Bioeconomy Vorwort/ Preface

Bioökonomie ist der Weg, den wir gehen müssen

Prof. Dr. Ludger Wessjohann, Prof. Dr. Klaus Pillen

Sprecher des WissenschaftsCampus Halle

Speakers of the ScienceCampus Halle

Wie kann eine wachsende Weltbevölkerung mit ausreichend natürlichen Ressourcen unabhängig von fossilen Brennstoffen versorgt werden? Die Antwort auf diese Frage wird von entscheidender Bedeutung für unsere zukünftige Entwicklung sein. Seit Jahrzehnten ist Öl der Rohstoff, auf den unsere Industrie weit- gehend aufgebaut ist – egal ob es um die Produktion von Lebensmitteln, Chemikalien oder die Herstellung von Kraftstoffen geht.

Aufgrund der begrenzten landwirtschaftlichen Nutzfläche können Industrieländer wie Deutschland nicht dabei behilflich sein, genügend Nahrung zu produzieren, um die wachsende Weltbevölkerung zu ernähren. Wir können jedoch unsere Bemühungen im Bereich der Grundlagenforschung und angewandten Forschung intensivieren, um Lösungen und Handlungsempfehlungen zu geben. Zum Beispiel bei den Fragen wie Pflanzen sich an trockenes Klima anpassen, welche Anbausysteme sinnvoll sind und welche Nährstoffe zu welchem Zeitpunkt eingesetzte werden sollten, um ein optimales Wachstum zu erzeugen oder auch wie pflanzliche Reststoffe besser genutzt werden können. Im Gegensatz dazu sind die Industrieländer an der Herstellung von hochwertigen Produkten in den Bereichen der Lebensmittelindustrie (z.B. Functional Food), Pharmazie und Kosmetik interessiert, um hier unabhängig von fossilen Energieträgern zu sein. Zusätzlich müssen alle Fragen und Lösungen in ein sozioökonomisches Umfeld eingebettet werden, um die möglichen Folgen der Öffnung zu einer bioökonomischen, nachhaltigen Wirtschaft im Vorfeld abzu- schätzen.

Seit 2011 konzentriert sich der WissenschaftsCampus Halle (WCH) auf die pflanzenbasierte Bioökonomie in den Bereichen Agrarwirtschaft, Biologie, Biotechnologie, Biochemie und Chemie sowie ihre sozioökono- mischen Auswirkungen und versucht Lösungen für die oben beschriebenen Probleme zu finden. Im vergangen Jahr endete die erste Förderperiode. Wir wurden daher in der ersten Jahreshälfte 2014 von unserem wissenschaftlichen Beirat evaluiert. Gleichzeitig beantragten wir die Verlängerung der Förderung des WissenschaftsCampus. Der Antrag auf Verlängerung wurde positiv begutachtet und der Senatsaus- schuss Strategische Vorhaben (SAS) der Leibniz-Gemeinschaft hat einer weiteren Förderung, gemeinsam mit dem Land Sachsen-Anhalt, für weitere vier Jahre (2015 – 2018) zugestimmt. Durch diese Unterstützung sind wir bestens gerüstet, um die Zusammenarbeit zwischen den Mitgliedern des WCH in den Feldern Forschung, Lehre und Öffentlichkeit weiter auszubauen. Hierzu will der WCH die Integration weiterer Forschungseinrichtungen vorantreiben und besonders die Beteiligung von Partnern aus der Wirtschaft verstärken.

In der zweiten Förderphase werden neue Verbundforschungsprojekte unterstützt, die derzeit begutachten werden. Bis zu zehn neue Projekte sollen im Juli 2015 ihre Arbeit aufnehmen. Die Projekte werden sich in

6 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 einen oder mehreren Schwerpunkten des WCH wiederfinden. Die Schwerpunkte die wir für die zweite Förderperiode definiert haben, sind: Pflanzenproduktion, Verarbeitung/Konversion und Sozioökonomie. Weitere Informationen über unsere Forschungsstrategie finden Sie ab Seite 50. Darüber hinaus wird derzeit ein separates Konzept für eine strukturierte Nachwuchsförderung entwickelt.

Der vorliegende Jahresbericht gibt Ihnen zum einen Rückblick auf das vergangene Jahr und zum anderen einen Ausblick auf die zweite Förderperiode.

Wir wünschen Ihnen viel Freude beim Lesen.

Preface – Bioeconomy is the path to take

How can a growing world population be supplied with sufficient natural resources without relying on fossil fuels? The answer to this question will be decisive for the future development of the world. For decades, oil was the raw material on which almost all of our industry was based – no matter whether it concerned the production of food, chemicals or fuels. Presumably, the fossil fuel era will end sooner or later regardless of whether the peak of oil has been reached, or is imminent. The question of how to replace fossil fuels in the production cycle of modern economies gains additional relevance in light of ongoing climate change.

Due to limited usable agricultural area and manpower, industrialized countries like Germany cannot produce sufficient amounts of food to feed the world’s population. However, they can intensify basic and applied research to find solutions to issues such as: how do plants react and how can they be adapted to dry climates, what are the best farming systems and methods for nutrient management, and how can residual plant materials be harnessed. In contrast, industrial countries are more interested in producing higher value products like functional foods, pharmaceuticals and cosmetic products that do not rely on fossil fuels. Addi- tionally, all of these questions/issues have to be imbedded into a socio-economic environment in order to forecast the effects of shifting to a bioeconomic operation of our economy.

As early as 2011, the ScienceCampus Halle (WCH) began concentrating on plant-based bioeconomy in the field of plant-based agriculture, biology, biotechnology, biochemistry and chemistry as well astheir socio-economic impact. Last year, the first funding period ended and we were evaluated by our scientific advisory board. In parallel, we applied for a second funding period. The funding of the ScienceCampus during the period of 2015-2018 was granted by the Leibniz Association and the federal state of Saxony-An- halt. Based on this support, we are now well-positioned to expand the cooperation between the members of the WCH in the fields of research, teaching and public relations. As a first step, the WCH plans to promote the integration of other research institutions and to increase the involvement of industry partners, in particular, bioeconomic companies. During the second funding period, the WCH also plans to support new collaborative projects in the three research areas of plant production, processing/conversion and socio- economy. For more details about our research strategy see page 50. Additionally, a separate concept for a structured fostering of young researchers in the field of bioeconomy will be developed.

The following annual report provides a review of the last funding period and future prospects for the new funding period.

We hope you enjoy reading it.

Prof. Dr. Ludger Wessjohann, IPB Prof. Dr. Klaus Pillen, MLU

VORWORT/ PREFACE 7 Vorwort/ Preface 4

Allgemeine Vorstellung/ General Introduction 10

Rückblick/ Review 36

Forschung/ Research 50

Lehre/ Teaching 76

Ausblick/ Prospects 82

JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 Jahresbericht (Juni 2014 – Mai 2015) Annual Report (June 2014 – May 2015)

Inhalt/Table of contents

Vorwort/ Preface 4

Allgemeine Vorstellung/ General Introduction 10 Thematischer Schwerpunkt und wissenschaftliche Herausforderung/ Thematic Focus and Scientific Challenges 10 Unsere Vision/ Our Vision 11 Mitglieder/ Members 13 Organisationsstruktur / Organizational structure 31 Ziele der zweiten Förderperiode/ Major goals of the second funding period 33

Rückblick/ Review 36 Vernetzung mit dem Bioeconomy Cluster/ Networking with the Excellence Cluster BioEcomomy 36 Internationale Bioökonomie Konferenz International Bioeconomy Conference 37 Ringvorlesung Sommersemester 2014/ Lecture Series Bioeconomy in Summer Term 2014 38 Lange Nacht der Wissenschaften/ Long Night of the Sciences 2014 40 transHAL 2014 41 Population Boom Informationsveranstaltung/ Population Boom Information Event 42 Jahrestagung des Netzwerks Wissenschaftsmanagement/ Annual Meeting of the Science Management Network 43 WissensWerte 2014 44 Besuch von AgriGenomics-Studierenden der Universität Kiel/ Visit by AgriGenomics Students from the University of Kiel 45

Forschung/ Research 50 Forschungsstrategie/Research Strategy 52 Eigene Verbundforschungsprojekte/ Joint Research Projects at the ScienceCampus Halle 55 Nachwuchsgruppe/ Junior Research Group 70

Lehre/ Teaching 76 Stipendien/ Grants 78

Ausblick/ Prospects 82 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 Allgemeine Vorstellung General Introduction Allgemeine Vorstellung General Introduction Thematischer Schwerpunkt und wissenschaftliche Herausforderung/ Thematic Focus and Scientific Challenges

Angesichts der globalen Herausforderungen wie Klimawandel, Wachstum der Weltbevölkerung und stei- gende Nachfrage nach hochwertigen Nahrungsmitteln und pflanzlichen Rohstoffen, müssen wir dringend innovative Lösungen finden, um ausreichend und nachhaltig pflanzliche Rohstoffe, zur Verfügung, stellen zu können. Der BioÖkonomieRat hat den Begriff Bioökonomie definiert, um Produktion, Verarbeitung und sozioökonomische Aspekte der vier Fs: „Food, Feed, Fiber und Fuel“ zu integrieren.

Auf der Grundlage seiner regionalen Stärke wurde der WissenschaftsCampus Halle – Pflanzenbasierte Bioökonomie (WCH) im Jahr 2011 gegründet, um inter- und transdisziplinäre Forschung und Lehre im Bereich pflanzenbasierte Bioökonomie zu fördern. Der WCH wird von vier international renommierten, regi- onalen Leibniz-Instituten und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg als Gründungsmitglieder getragen. Darüber hinaus beteiligen sich derzeit sieben weitere außeruniversitäre Forschungseinrich- tungen am WCH. In dieser Hinsicht ist der WCH das größte regionale Netzwerk im Bereich der pflanzenbasierten Bioökonomie in Deutschland. Die elf WCH-Mitglieder repräsentieren mehr als 2.000 Mitarbeiter und mehr als 1.000 WissenschaftlerInnen. Im Jahr 2013 haben die Mitglieder des WCH insge- samt mehr als 51 Mio. €, in die Forschung investiert. Es wurden mehr als 1.100 Peer-Review-Publikationen veröffentlicht und mehr als 80 Patente, Markenrechte und Lizenzvereinbarungen angemeldet.

Aufgrund der historischen Wurzeln und der Kompetenz vor Ort konzentriert sich die Forschung und Lehre am WCH auf die pflanzenbasierte Bioökonomie. Das bedeutet, im Zentrum des WCH stehen die Produktion und Verarbeitung von Kulturpflanzen und ihre wirtschaftlichen und sozialen Auswirkungen. Das bedeutet weiterhin, dass die WissenschaftlerInnen am WCH, in den Bereichen, pflanzliche Landwirtschaft, Biologie, Biotechnologie, Biochemie und Chemie sowie zu Fragen der Politik-, Wirtschaft-, Rechts- und Sozialwis- senschaften forschen. In dieser Hinsicht arbeitet der WissenschaftsCampus Halle transdisziplinär daran, Lösungen für drängende gesellschaftliche Probleme zu entwickeln. Damit unterstützt der WCH die Forschung und Lehre in der Region und fördert den Wissens- und Technologietransfer in Wirtschaft, Politik und Öffentlichkeit.

Considering the global challenges like climate change, growth in the human population and increasing demands for high-value food and plant resources, there is a need to find innovative solutions to meet future demands for biological products in sufficient and sustainable quantities and at reasonable prices. The German Bioeconomy Council (BÖR) has defined the term bioeconomy to include production, processing and socio-economic management of the four ‘f’s: food, feed, fiber and fuel.

Based on its strength within the region, the ScienceCampus Halle (WCH) was established in 2011 to promote inter- and transdisciplinary research and teaching in the fields of plant-based bioeconomy. It consists of four internationally renowned regional Leibniz institutes, Martin Luther University Halle-Witten- berg and, in addition, six distinguished external research institutions located in Saxony-Anhalt. In this regard, the WCH is the largest regional network of plant-based bioeconomy in Germany. The eleven WCH members consist of more than 2,000 employees and more than 1,000 scientists. In 2013, the members of

12 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 the WCH spent a total of more than 51 M € on research, in turn, producing more than 1,100 peer-reviewed scientific publications and filing more than 80 patents, trademark rights and license agreements.

Based on its historic roots and its competence, the WCH’s research and teaching focus on plant-based bioeconomy – the production and processing of cultivated plants and the economic and social implications. This means research is carried out in the fields of plant-based agriculture, biology, biotechnology, biochem-

Der WissenschaftsCampus Halle fördert die Wissenschaft, die Lehre und die Entwicklung von Innova- tionen und unterstützt damit auch OVA SFER N T N N I

den Technologietransfer in die I O A R N R

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research, higher education and G R LO innovation and supports knowl- TECH N O edge and technology transfer to the economy, politics and the public. istry, and chemistry as well as on issues of political and business economics, law and social sciences. In this regard, the ScienceCampus Halle delivers solutions to urgent social problems, supports research and higher education in the Halle region and supports knowledge and technology transfer from the Science- Campus into the economy, politics and the public.

Unsere Vision/ Our Vision

Die Bedeutung von nachwachsenden Rohstoffen für eine nachhaltige Produktion von Lebens- und Futter- mitteln, sowie die stoffliche und energetische Nutzung wird in den nächsten Jahren kontinuierlich zunehmen. Die große Herausforderung ist es unsere Lebensgrundlage angesichts der begrenzten Ressourcen lang- fristig zu gewährleisten. In erster Linie muss natürlich die Ernährung der wachsenden Weltbevölkerung sichergestellt werden. Gleichzeitig müssen wir auch nach neuen Technologien suchen, um den Wechsel von einer erdölbasierten zu einer biobasierten Wirtschaft zu fördern. Diese Translation von Wissen sowie die Produktion, Verarbeitung und die Betrachtung von sozioökonomischen Aspekten der vier Fs (feed, food, fiber, fuel) wird auch als eine wissensbasierte Bioökonomie (KBBE – Knowledge-based bioeconomy) bezeichnet.

Die Vision des WissenschaftsCampus konzentriert sich auf die Entwicklung, Untersuchung und Bewertung von Innovationen in den Pflanzenwissenschaften und der Pflanzenbiotechnologie und den daraus resultie- renden sozialen und wirtschaftlichen Folgen. Dabei bleibt er seiner Leitidee „Vom Molekül zur Gesellschaft“ treu. Weitere Einzelheiten über die Forschungsschwerpunkte des WCH finden Sie ab Seite 50.

Der Übergang zu einer biobasierten Industrie hat Folgen für unsere Gesellschaft und Wirtschaft. Aus diesem Grund möchte der WissenschaftsCampus zusätzlich die Lehre für Studierende und Doktoranden im Bereich der Bioökonomie verbessern, um diese auf eine Tätigkeit im Bereich der Bioökonomie vorzube- reiten. Darüber hinaus soll der Dialog mit der Gesellschaft durch die Schaffung einer geeigneten Plattform unterstützen werden.

ALLGEMEINE VORSTELLUNG/ GENERAL INTRODUCTION 13 Die Umsetzung der Vision wird erreicht durch:

■■ Integration und Fokussierung der Forschungskapazitäten der Mitglieder auf Aspekte der Bioöko- nomie

■■ Entwicklung neuer Ausbildungsprogramme für Studenten und Doktoranden im Bereich der Bioökonomie (z.B. der vorhandene MLU Masterstudiengang Pharmaceutical Biotechnology wird erweitert zu Pharmaceutical and Industrial Biotechnology)

■■ Weiterbildung von Postdoktoranden an der Schnittstelle zwischen einer Karriere in der Wissen- schaft und der Industrie

■■ Organisation von Veranstaltungen zur Vorstellung des WCH und seiner Mitglieder u.a. in Zusam- menarbeit mit dem BioÖkonomieRat

■■ Erweiterung der Mitgliederzahl durch Öffnung des Campus für Partnern aus der Industrie

Agricultural commodities are beginning to take center stage in the sustainable production of food, feed and renewable resources for material and energy use. Here, the long-term global goal is to ensure our livelihood in the face of limited or even dwindling resources. This means that we first need to ensure that the growing world population is fed. At the same time, we have to search for and develop new technologies to transform a petroleum-based economy into a bio-based economy. This transition, as well as the production, processing and socio-economic managing of the four ‘f’s, food, feed, fiber and fuel, as well as high value bio-based products, is also termed ‘knowledge-based bioeconomy’ (KBBE).

The ScienceCampus concentrates on plant-based bioeconomy in the fields of plant-based agriculture, biology, biotechnology, biochemistry, and chemistry as well as their socio-economic impact. The scientific vision of the WCH concentrates on the development, study and assessment of innovation in plant science and plant biotechnology and the resulting social and economic consequences. For further details see page 50.

The ScienceCampus Halle also aims at strengthening the teaching of undergraduate and graduate students in the field of plant-based bioeconomy. Additionally, the WCH supports society by creating an information platform to accompany the ongoing transition to a bioeconomy-based industry. The WCH acts as an infor- mation platform, offering a one-stop port of entry for potential partners from industry, and providing public outreach to enhance the visibility of bioeconomy.

Realizing this vision will be achieved by:

■■ integrating and focusing on the research capacities of all members in aspects of bioeconomy

■■ development of novel training programs for undergraduate and graduate students in the field of bioeconomy (e.g. the existing MLU master program Pharmaceutical Biotechnology will be extended to Pharmaceutical and Industrial Biotechnology, including central aspects of plant-based industrial production for bioeconomy)

■■ training of postdoctoral researchers at the interface between academic and industrial careers

■■ organization of events for presenting, the WCH and its members, in Halle, for instance, in coopera- tion with the German Bioeconomy Council

■■ extension of the number of members by opening the Campus to industry partners

14 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 Mitglieder/ Members

Historisch gesehen ist die Region Sachsen-Anhalt durch die landwirtschaftliche Produktion und Forschung geprägt. Bereits im Jahr 1863 wurde Prof. Julius Kühn der weltweit erste, Lehrstuhl für Agrarwissenschaften an der heutigen Martin-Luther-Universität (MLU) in Halle übertragen. Heute wird der Forschungsschwer- punkt im südlichen Teil von Sachsen-Anhalt von verschiedenen akademischen und anderen öffentlichen Einrichtungen von nationaler Bedeutung sowie agro- und biobasierten Firmen vertreten. Dazu gehören die Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, vier international renommierte Leibniz-Institute und weitere außeruniversitäre Forschungseinrichtungen. Das Know-how der regionalen Pflanzenwissenschaften wird unter dem Dach des WCH vereint. Derzeit sind die folgenden elf akademischen Partner Mitglieder des WCH:

Historically, the Saxony-Anhalt region is dominated by agricultural production and research. As early as 1863, Prof. Julius Kühn installed the first chair in agricultural sciences world-wide at today’s Martin Luther University (MLU) in Halle. Today, the plant research focus of southern Saxony-Anhalt is represented by various academic and public institutions of national and international relevance as well as agro- and bio-based companies. These include Martin Luther University Halle-Wittenberg, four internationally renowned Leibniz institutes and other innovative non-university research institutions. For this reason, it made sense to combine the expertise of regional plant science and economic institutions under the thematic umbrella of a bioeconomy campus. The following eleven academic partners are current members of the WCH.

Gründungsmitglieder/ Founding Members

Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU)

Naturwissenschaftliche Fakultät I der MLU / Faculty of Natural Sciences I

Die Naturwissenschaftliche Fakultät I umfasst die Institute für Biochemie, Biologie und Pharmazie. Die international ausgerichtete und drittmittelstarke Forschung fokussiert auf die drei Schwerpunkte Proteinbiochemie, molekulare Pflanzenforschung und Biodiversität. Beispielhaft seien hier genannt das Proteinzentrum, in dem an der Struktur, Dynamik und biologischen Funktion von Proteinen auch unter medizinischen Aspekten geforscht wird, das Zentrum für Inno- vationskompetenz (HALOmem), und eine Konzentration von Forschungsverbünden, die pflanzliche Prozesse wie molekulare Mechanismen der Informationsverarbeitung und Stressreaktionen untersuchen.

Expertisen in der Bioökonomie

■■ Know-how in der Untersuchung von Struktur, Dynamik und biologischer Funktion von Proteinen auch unter medizinischen Aspekten von Proteinfehlfunktionen und der Proteinmodifikation zum Zweck der Anwendung in Therapie oder Diagnostik

ALLGEMEINE VORSTELLUNG/ GENERAL INTRODUCTION 15 ■■ Know-how in der rekombinanten Herstellung von Membranproteinen, der funktionellen Rekonstitu- tion der Proteine in Membranen und ihrer strukturellen und funktionellen Untersuchung, insbesondere von therapeutisch relevanten Proteinen

■■ Know-how in der posttranskriptionellen Regulation der Genexpression: Mechanismen und Rolle bei der Pathogenese

■■ Entwicklung von Impfstoffen gegen virale Erkrankungen auf Basis der Milchhefe zur künftigen Anwendung in der Veterinärmedizin

■■ Know-how in molekularen Regulationsmechanismen, die pflanzliche Entwicklung und Stressant- worten (biotisch und abiotisch) steuern

■■ Analyse pflanzlicher Leistung und Biodiversität in verschiedenen Skalenebenen: vom Molekül zum Lebensraum

The Faculty of Natural Science I comprises the institutes of biochemistry, biology and pharmacy. The research, which is internationally oriented and strongly third-party funded, focuses on three priorities: protein biochemistry, molecular plant research and biodiversity. Prominent examples are the protein center, which studies the structure, dynamics and biological function of proteins under medical aspects, the Centre for Innovation Competence (HALOmem), and a concentration of research networks that examine plant processes such as the molecular mechanisms of information processing and stress reactions.

Know-how in bioeconomy

■■ Expertise in the study of structure, dynamics and biological function of proteins under medical aspects, also under the aspects of protein malfunction and protein modification for use in therapy or diagnostics

■■ Expertise in the recombinant production of membrane proteins, the functional reconstitution of proteins in membranes and their structural and functional analysis, especially of therapeutically relevant proteins

■■ Know-how in the post-transcriptional regulation of gene expression: mechanisms and role in pathogenesis

■■ Development of vaccines against viral diseases on the basis of lactic yeast for later use in veteri- nary medicine

■■ Expertise in molecular regulatory mechanisms that control plant development and stress responses (biotic and abiotic)

■■ Analysis of plant performance and biodiversity at different scales: from molecules to habitat

Naturwissenschaftliche Fakultät II der MLU / Faculty of Natural Sciences II

Die Naturwissenschaftliche Fakultät II, bestehend aus den drei Instituten Chemie, Physik und Mathematik, vereint Forschungs- und Lehrkompetenz auf dem Gebiet der Material- und Biowissenschaften. Die koope- rativ und international ausgerichtete Forschung ist in die Gebiete funktionale Festkörpergrenzflächen, Photovoltaik/ erneuerbare Energien, nanostrukturierte Polymere und biorelevante Materialien orientiert. Biochemie und Biophysik von Proteinen und Membranen sowie bioorganische und Umweltchemie

16 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 biologisch aktiver Naturstoffe bilden dabei einen Fokus des biologisch orientierten Schwerpunktes. Frage- stellungen der Bioökonomie werden von den Mitgliedern der Naturwissenschaftlichen Fakultät II nachhaltig entlang der gesamten Wertschöpfungskette der Agrarwirtschaft begleitet. Die Kompetenzen reichen u.a. von der Analytik niedermolekularer bis hin zu hochmolekularen pflanzlichen Ausgangsmaterialien, deren zielgerichtete Modifikationen durch effiziente Synthesen, bis hin zu der theoretischen und praktischen Opti- mierung ganzer Prozessketten. In-house Test- und Screening-Systeme ermöglichen die Ermittlung materialwissenschaftlicher Eigenschaften und biologischer Wirkungen.

Expertisen in der Bioökonomie

■■ Untersuchungen zur Festlegung der optimalen Bedingungen zur nachhaltigen Erzeugung von pflanzlichen Rohstoffen als Ausgangsmaterialen von Wertstoffen

■■ Extraktion, Veredlung und Kombination von pflanzlichen Inhaltsstoffen

■■ Molekulare Charakterisierung und Modellierung

■■ Formulierung, Prozessdesign und Prozessoptimierung

The Faculty of Natural Sciences II, consisting of the institutes of chemistry, physics and mathematics, combines research and teaching expertise in the field of materials and life sciences. The cooperative and international research focuses on the areas of functional solid interface, solar/renewable energy, nanos- tructured polymers and biorelevant materials. Biochemistry and biophysics of proteins and membranes, as well as bio-organic and environmental chemistry of biologically active natural products, make this a top priority of the biologically oriented focus.

Questions of bioeconomy are answered by the members of the Faculty of Natural Sciences II along the entire value chain of the agricultural economy. The competences extend, for instance, from the analysis of low molecular weight to high-molecular plant raw materials and their targeted modifications by efficient synthesis, and to the theoretical and practical optimization of the entire process chains. In-house testing and screening systems enable the determination of material qualities and biological effects.

Know-how in bioeconomy

■■ Investigations to determine the optimal conditions for the sustainable production of plant raw materials as the starting materials of recyclables

■■ Extraction, processing and combination of plant ingredients

■■ Molecular characterization and modeling

■■ Formulation, process design and process optimization

ALLGEMEINE VORSTELLUNG/ GENERAL INTRODUCTION 17 Naturwissenschaftliche Fakultät III der MLU / Faculty of Natural Sciences III

Die Naturwissenschaftliche Fakultät III besteht aus den drei Instituten für Agrar- und Ernährungswissenschaften, Geowissenschaften und Informatik. In Forschung und Lehre folgen die Institute einem systemorientierten Ansatz, bei dem Systemverständnis, Analyse, Entwick- lung und Wechselwirkungen im Fokus stehen. Von besonderer Relevanz für Kooperationen im Wissen- schaftsCampus Halle sind Forschungsarbeiten zur pflanzenbasierten Agrarforschung, zur molekularbiologi- schen und biotechnologischen Optimierung der Leistung von Nutzpflanzen und deren Interaktionen mit Mikroorga- nismen sowie wissenschaftliche Arbeiten zur betriebs- und volkswirtschaftlichen Analyse der Agrarproduktion. Komplementär zu den Forschungsaktivitäten der drei Institute werden in der Lehre aktuell sieben Bachelor-, acht Master- und zwei Lehramtsstudiengänge angeboten.

Die Bioökonomie-Forschungskompetenzen der Naturwissenschaftlichen Fakultät III reichen von der effizi- enten und ökonomischen Ressourcennutzung über die Entwicklung nachhaltiger landwirtschaftlicher Anbausysteme, Untersuchungen zu ertragsphysiologischen Prozessen, molekulare und physiologische Grundlagen bis hin zu Georessourcen in Geo- und Landnutzungs-Systemen, Klimawandel/ Sozialer Wandel – Anpassungsstrategien und Landnutzungsmanagement. Dabei leistet die Bioinformatik wesentliche Beiträge in der integrativen Analyse großer Datenmengen, die etwa durch „next generation sequencing“ oder durch bildhafte Sensoren generiert werden.

Expertisen in der Bioökonomie

Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften (IAEW)

■■ Entwicklung und Studium von pflanzengenetischen Ressourcen für Gerste und Weizen

■■ Know-how in molekularbiologischen Studien von Wirt-Pathogen-Interaktionen sowie Pflanzen- wachstum unter abiotischem Stress

■■ Studium von Nutzpflanzen in Feld-, Gewächshaus-, und Klimakammerversuchen

■■ Entwicklung von Pflanzenphänotypisierungsplattformen

■■ Know-how in Agrarinformatik und Agrarstatistik

■■ Know-how in betriebs- und volkswirtschaftlichen Analysen der Agrarproduktion

Institut für Geowissenschaften

■■ Entwicklung von Anpassungsstrategien der Landnutzung an den Klimawandel, „klimaoptimierte Landnutzung“ z.B. in semiariden Trockengebieten

■■ Studium von Wechselwirkungen veränderter Ackerbau-/ Fruchtfolgeverfahren auf Boden und Bodenwasserhaushalt

■■ Entwicklung Wasser-sparender, Erosions-minimierender und Humus-verbessernder Maßnahmen

18 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 ■■ Untersuchungen der Auswirkungen von Landnutzungswandel auf das Abflussgeschehen in (kleinen) Fließgewässern Sachsen-Anhalts

■■ Auswirkungen des Klimawandels und veränderter Landnutzungspraxis im Kontext des „System- wandels“ in Russland

■■ Gewinnung von Energie und Baumaterialien aus pflanzlichen Rohstoffen

■■ Phytomining, z.B. der Abbau von Nickel aus natürlich angereicherten oder kontaminierten Böden mit Hyperakkumulatorpflanzen, wie z.B. Berkheya coddii

■■ Identifikation und Gewinnung von „supergenen Erzen“, d.h. Erzen, die durch oxidative Verwitte- rungsprozesse, u.a. bei der Bodenbildung, entstehen

Institut für Informatik

■■ Expertisen in Bioinformatik, Bildanalyse und High Performance Computing

■■ Know-how in Next Generation Sequencing, High Throughput Image Analysis

The Faculty of Natural Sciences III consists of three institutes: Agricultural and Nutritional Sciences, Geosciences and Computer Science. The institutes follow a system-oriented approach for research and teaching, focusing on analysis, development and understanding of interactions of agricultural systems. The following topics are of particular relevance to the cooperation with the ScienceCampus Halle: research on plant-based agriculture, molecular biology and biotechnology optimization, the efficiency of crops and their interactions with microorganisms, and scientific work on business and economic analysis of agricultural production. Complementing this research, the three institutes currently offer seven bachelor’s, eight master’s programs and two teaching degree programs. The bioeconomy research competences of the Faculty of Natural Sciences III range from the efficient and economical use of resources, the development of sustainable agricultural farming systems, yield physiological processes, molecular and physiological bases - inclduing georesources in aquatic and land-use systems, climate change/social change – adapta- tion strategies and land use management. Bioinformatics contributes significantly to the integrative analysis of big data that is generated by next generation sequencing and image sensors.

Know-how in bioeconomy

Institute of Agricultural and Nutritional Sciences (IAEW)

■■ Development and study of plant genetic resources for barley and wheat

■■ Expertise in molecular biological studies of host-pathogen interactions and plant growth under abiotic stress

■■ Study of crops in field, greenhouse and climate chamber experiments

■■ Development of plant phenotyping platforms

■■ Expertise in computer sciences and agricultural computer sciences and agricultural statistics

■■ Expertise in business and economic analysis of agricultural production

ALLGEMEINE VORSTELLUNG/ GENERAL INTRODUCTION 19 Institute of Geosciences

■■ Development of land use adaptation strategies to combat changes in climate, “climate friendly land use”, for example, in semi-arid regions

■■ Study of the impact of modified cultivation and crop rotation methods on soil and soil water balance

■■ Development of water-saving measures, minimizing soil erosion and measures to improve humus content in soils

■■ Study of the effects of land use change on the runoff characteristics in (minor) rivers of Saxony-An- halt

■■ The impact of climate change and changes in land use practices in the context of the “system change” in Russia

■■ Production of energy and materials from plant raw materials

■■ Phytomining, e.g. the removal of nickel from naturally enriched or contaminated soils with hyperac- cumulators, such as Berkheya coddii

■■ Identification and extraction of “supergene ores”, i.e. ores from the oxidative weathering processes incurred during soil formation

Institute of Computer Sciences

■■ Expertise in bioinformatics, image analysis and high-performance computing

■■ Expertise in next generation sequencing, high throughput image analysis

Juristische und Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät der MLU/ Faculty of Law and Economics

Universale Knappheit befördert soziale Konflikte. Zu deren Lösung kann auf gegenseitige Besserstellung gezielt werden, um trotz divergierender Sachinteressen gemeinsame Regelinteressen an einer erfolgrei- chen Konfliktüberwindung zu aktivieren. Die Aktivierung durch institutionelle Anreize, die Umsetzung auf Prozesse, deren empirische Überwachung sowie Konsequenzen auf institutioneller Ebene bilden den Kern der Governance-Forschung zur theoretisch und empirisch fundierten Gestaltung der Wirtschafts- und Gesellschaftsordnung am Wirtschaftswissenschaftlichen Bereich der Juristischen und Wirtschaftswissen- schaftlichen Fakultät.

Expertisen in der Bioökonomie

■■ Muss es eine „Teller oder Tank“ Entscheidung sein? Lösung von Konflikten durch wechselseitige Besserstellung

■■ Der Umgang mit den Produkten, Wirtschaftsethik der Welternährung, Konzepte zur Verteilungsge- rechtigkeit

■■ Selbstverpflichtung der Produzenten? Corporate Social Responsibility

20 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 ■■ Analyse der potenziellen Verbrauchernachfrage nach pflanzenbasierten Produkten

■■ Optimierung von Wertschöpfungsketten

■■ Know-how in empirischen Methoden

Universal scarcity promotes social conflicts. In order to resolve such conflicts, emphasis is placed on mutual betterment which enables common interests to be met despite divergent property interests. Activa- tion through institutional incentives, the implementation of processes, their empirical monitoring, and consequences at the institutional level, form the core of the governance research into the theoretical and empirical design of the economic and social order which is carried out in the Economic Department of the Faculty of Law and Economics.

Know-how in bioeconomy

■■ Does it have to be a “food versus fuel” decision? Resolution of conflicts through mutual benefit

■■ The use of the products – business ethics of the World Food Supply Concepts for just distribution

■■ Self-commitment of the producers? Corporate social responsibility

■■ Analysis of the potential consumer demand for plant-based products

■■ Optimization of value chains

■■ Expertise in empirical methods

Leibniz-Gemeinschaft/ Leibniz Association

Leibniz-Institut für Agrarentwicklung in Transfor- mationsökonomien/ Leibniz-Institute of Agricultu- ral Development in Transition Economies (IAMO)

Das IAMO widmet sich der Analyse von wirtschaftlichen, sozialen und politischen Veränderungsprozessen in der Agrar- und Ernährungswirtschaft sowie in den ländlichen Räumen. Sein Untersuchungsgebiet erstreckt sich von der sich erweiternden EU über die Transformationsregionen Mittel-, Ost- und Südosteu- ropas bis nach Zentral- und Ostasien. Das IAMO entwickelt Handlungsalternativen die zur nachhaltigen wirtschaftlichen Entwicklung des Agrar- und Ernährungssektors sowie zur Verbesserung der Lebensum- stände der ländlichen Bevölkerung beitragen.

Expertisen in der Bioökonomie

■■ Wirtschaftliche Bewertung und Beurteilung biotechnologischer Innovationen

■■ Bewertung risikobedingter unternehmerischer Anpassungsprozesse durch den Einsatz biotechno- logischer Innovationen

■■ Analyse von Verbraucherakzeptanz und Zahlungsbereitschaft für biotechnologische Innovationen

ALLGEMEINE VORSTELLUNG/ GENERAL INTRODUCTION 21 ■■ Abschätzung von Produktionspotentialen und Produktivitätsanalysen

■■ Bewertung von institutionellen und politischen Rahmenbedingungen der Agrar- und Ernährungs- wirtschaft

■■ Analyse der Organisation von Wertschöpfungsketten

IAMO analyzes economic, social and political processes of change in the agricultural and food sector, and in rural areas. The geographic focus covers the enlarging EU, transition regions of Central, Eastern and Southeastern Europe, as well as Central and Eastern Asia. IAMO develops policy alternatives which contribute to the sustainable economic development of the agro-food sector and improve the living condi- tions of the rural population.

Know-how in bioeconomy

■■ Economic evaluation and assessment of biotech innovations

■■ Evaluation of entrepreneurial risk-related adjustment processes through the use of biotech innovations

■■ Analysis of consumer acceptance and willingness to pay for biotech innovations

■■ Assessment of production potential and productivity analysis

■■ Evaluation of institutional and political environment of the agro-food sector

■■ Analysis of the organization of value chains

Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie Leibniz Institute of Plant Biochemistry (IPB)

Das Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB) befasst sich mit Struktur und Funk- tion pflanzlicher und pilzlicher Naturstoffe und der Wechselwirkung von Pflanzen mit ihrer Umwelt. Die gewonnenen Erkenntnisse eröffnen neue Wege für eine pflanzen- basierte Bioökonomie. Sie dienen einer Ressourcen-schonenden Pflanzenproduktion, innovativen Biotechnologie und der Wirkstoffentwicklung z.B. für Agrarwirkstoffe oder Medizin, und damit der Gesund- heit und Ernährung von Mensch, Tier und Pflanze. Das IPB hat langjährige erfolgreiche Kooperationen mit Partnern aus der Chemie-, Pharmazie-, Agrar- und Lebensmittelindustrie.

Expertisen in der Bioökonomie

■■ Umfangreiche Analysen von sekundären Inhaltsstoffen und Proteinen aus Pflanzen und Pilzen: chromatographische und (gekoppelte) spektroskopische Methoden wie GC, LC, MS, NMR etc., Metabolomics- und Proteomics Plattformen

■■ Bioinformatik und Chemoinformatik: data handling, Entwicklung von Auswertesoftware, Protein- struktur-Modelling, Virtual Screening, Docking und QSAR, Statistik

■■ Synthetische Chemie und Biologie, Totalsynthesen von Natur- und Wirkstoffen, medizinische Chemie, Tests auf biologische Aktivität

22 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 ■■ Biotechnologische Verfahren: Heterologe Expression, Protein-Redesign, Gentransfer, Fermenta- tion, Biokatalyse, in planta Biosynthesen

■■ Molekulare Prozesse der Interaktionen von Pflanzen mit anderen Organismen oder durch Umwelt- veränderungen, z.B. durch Infektion mit Schädlingen, Symbiosen, Trockenstress oder Nährstoffverfügbarkeit

■■ Substanz- und Organismensammlungen. European Massbank-Server Pflanzenhormone und deren Wirkung

■■ Aufklärung von Biosynthesewegen

The Leibniz Institute of Plant Biochemistry (IPB) deals with the structure and function of plant and fungal natural products and the interaction of plants with their environment. This knowledge opens up new paths for a plant-based bioeco- nomy. They provide resource-conserving crop production, innovative biotechnology, and drug development, for example, for agricultural substances or medicine, and thus support the health and nutrition of humans, animals and plants. IPB has had many years of successful cooperation with partners in the chemical, pharmaceutical, agricultural and food industries.

Know-how in bioeconomy

■■ Extensive analyses of secondary ingredients and proteins from plants and fungi: chromatographic and (linked) spectroscopic methods such as GC, LC, MS, NMR, etc., metabolomics and proteomics platforms

■■ Bioinformatics and chemoinfomatics: data handling, development of evaluation software, protein structure modeling, virtual screening, docking and QSAR, statistics

■■ Synthetic chemistry and biology, total synthesis of natural products and pharmaceuticals, medicinal chemistry, bioactivity tests

■■ Biotechnological processes: Heterologous expression, protein re-design, gene transfer, fermenta- tion, biocatalysis, biosynthesis in plants

■■ Molecular interaction of plants with other organisms or environmental changes such as pest infestations, symbioses, drought stress or nutrient availability

■■ Substance and organism collections. European Massbank server

■■ Plant hormones and their effects

■■ Awareness of biosynthetic pathways

ALLGEMEINE VORSTELLUNG/ GENERAL INTRODUCTION 23 Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung/ Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK)

Das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) ist ein international renom- miertes Zentrum der Kulturpflanzenforschung. Sein zentrales Anliegen ist die Untersuchung der genetischen Vielfalt von Kulturpflanzen und verwandten Wildformen mit dem Ziel, die Erkenntnisse, Methoden und das Pflanzenmaterial für eine effektivere und erweiterte Nutzung der Pflanze im Agrarbereich, aber auch als Ausgangsbasis von Biomaterialien bis hin zu Pharmaka zur Verfügung zu stellen. Zusammen mit ansäs- sigen pflanzenbiotechnologischen Firmen bildet das IPK als Nukleus mit dem Biotech-Campus Gatersleben ein bedeutendes Zentrum der Grünen Biotechnologie.

Expertisen in der Bioökonomie

■■ Bereitstellung pflanzengenetischer Ressourcen (Bundeszentrale Ex-situ Genbank)

■■ Bereitstellung einer Infrastruktur zur nicht invasiven Hochdurchsatzphänotypisierung

■■ Know-how in molekularen und biochemischen Analyseverfahren

■■ Know-how bzgl. Bioinformatik (Sequenz-, Netzwerkanalyse, Data Warehouses, Bildanalyse, Biostatistik)

■■ Know-how in Zuchtmethodik (Hybridzüchtung, effiziente Nutzung der Genomik in der Pflanzen- züchtung)

■■ Biotechnologische Verfahren (Gentransfer, Genome Editing, Weiterentwicklung Haploidentechno- logie, verbesserte Transformationsverfahren von Nutzpflanzen)

The Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK) is an internationally renowned center for crop research. The central aim is to investigate the genetic diversity of crops and wild varieties with the goal of providing knowledge, methods and plant material for a more effective and expanded use of the plants in the agricultural sector, as well as a starting basis for isolating biomaterials for pharmaceuticals. Together with local plant biotechnology companies, IPK forms the nucleus of the Biotech Campus Gater- sleben, a renowned center of green biotechnology.

Know-how in bioeconomy

■■ Provision of plant genetic resources (Federal ex situ Genebank)

■■ Provision of an infrastructure for non-invasive high-throughput phenotyping

■■ Expertise in methods of molecular and biochemical analysis

■■ Know-how regarding bioinformatics (sequence analysis, network analysis, data warehouses, image analysis, biostatistics)

24 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 ■■ Expertise in breeding methodology (hybrid breeding, efficient use of genomics in plant breeding)

■■ Biotechnological processes (gene transfer, genome editing, development of haploid technology, improved methods of transformation of crop plants)

Assoziierte Mitglieder/ Associated Members

Leibniz-Institut für Wirtschaftsforschung Halle Halle Institute for Economy Research (IWH)

Das IWH liefert durch eine enge Verknüpfung theoretischer und empirischer Methoden evidenzbasierte Analysen wirtschaftlicher Zusammenhänge. Das Forschungsprofil des IWH ist auf wirtschaftliche Aufholprozesse und die ökonomische Integration in Europa ausgerichtet. Wirtschaftliche Aufhol- und Wachstumsprozesse hängen von der Allokation der Produktions- faktoren und dem Produktivitätsfortschritt ab. Das IWH erforscht insbesondere, wie das Finanzsystem Kapital(re)allokation, Strukturwandel, Innovationen, Produktivitätsfortschritt und somit die realwirtschaft- liche Entwicklung effizient und nachhaltig gewährleisten kann.

Expertisen in der Bioökonomie

Die Forschungsthemen des IWH sind in drei Forschungscluster gegliedert: (1) Gesamtwirtschaftliche Dynamik und Stabilität, (2) Markt und Staat, (3) Produktivität und Innovationen. Im Forschungscluster 3 wird analysiert, welche Mechanismen der Nutzung, Entwicklung und Diffusion von Innovationen und Technologien in aufholenden Volkswirtschaften zugrunde liegen.

IWH provides an evidence-based analysis of economic relationships by closely linking theoret- ical and empirical methods. The research profile of IWH focuses on economic catching-up processes and economic integration in Europe. Economic catching-up and growth processes depend on the allocation of production factors and productivity gains. IWH studies, in particular, how the financial system can ensure capital (re)allocation, structural change, innovation, productivity growth and, thus, an efficient and sustainable development of the real economic.

Know-how in bioeconomy

The research topics of the IWH are divided into three research clusters: (1) Macroeconomic dynamics and stability, (2) market and the state, (3) productivity and innovation. Research Cluster 3 analyzes which mechanisms of use, development and diffusion of innovation and technology form the basis of catching-up economies.

ALLGEMEINE VORSTELLUNG/ GENERAL INTRODUCTION 25 Interdisziplinäres Zentrum für Nutzpflanzenforschung Interdisciplinary Centre for Crop Research (IZN)

Das Interdisziplinäre Zentrum für Nutzpflanzenforschung (IZN) ist ein vom Land Sachsen-Anhalt geför- derter Forschungsverbund von Agrar- und Biowissenschaftlern der Martin-Luther-Universität Halle und außeruniversitärer Institute der Region. Die Wissenschaftler nutzen interdisziplinäre Strategien zur Aufklä- rung von Mechanismen, die Nutzpflanzen gegen wirtschaftlich bedeutende Stressfaktoren wie Trockenheit oder Pathogenbefall schützen. Das IZN etabliert analytische und molekulare Techniken, die zu Serviceleis- tungen für Industriepartner weiter entwickelt werden können.

Expertisen in der Bioökonomie

■■ Testung von Nutzpflanzen-Sorten auf Resistenz gegen verschiedene Pathogene

■■ Entwicklung molekularer Marker für die Pflanzenzüchtung

■■ Transkriptomanalyse von Gerste mit dem 60 K Agilent Microarray

■■ Transformation von Nutzpflanzen

■■ Analytik sekundärer Inhaltsstoffe pflanzenpathogener Pilze einschließlich gesundheitsgefähr- dender Toxine

■■ Entwicklung PCR-gestützter Testsysteme zur Identifizierung von pathogenen Pilzen im Human- oder Agrarbereich

■■ Screening molekularer Targets zur Bekämpfung pflanzenpathogener Pilze

■■ Transformation und Erzeugung spezifischer Mutanten pflanzenpathogener Pilze

■■ Transkriptomanalyse von Fungizid-resistenten Fusarium graminearum Isolaten mittels 8 × 15 K Agilent Microarray

The Interdisciplinary Centre for Crop Research (IZN) is a research network funded by the state of Saxony-Anhalt. It is made up of agricultural and life scientists from Martin Luther University Halle and regional non-university institutions. Scientists use interdisciplinary strategies to elucidate mecha- nisms that protect crops against economically important stress factors such as drought or path- ogen infestation. IZN has established analytical and molecular methods that can be developed further to provide services to industry partners.

Know-how in bioeconomy

■■ Testing of crop varieties for resistance to various pathogens

■■ Development of molecular markers in plant breeding

26 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 ■■ Analysis of the barley transcriptome with a 60 K Agilent microarray

■■ Transformation of crops

■■ Analysis of secondary compounds of plant pathogenic fungi, including health-endangering toxins

■■ Development of PCR-based test systems for the identification of pathogenic fungi in humans or agriculture

■■ Screening molecular targets to control phytopathogenic fungi

■■ Transformation and generation specific mutants of phytopathogenic fungi

■■ Transcriptome analysis of fungicide-resistant Fusarium graminearum isolates using an 8 × 15 K Agilent microarray

Julius Kühn-Institut – Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen/ Julius Kühn-Institute, Federal Research Centre for Cultivated Plants (JKI)

Das JKI betreibt in 16 Fachinstituten an zehn Stand- orten in Deutschland Agrarforschung für das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft. Die Arbeiten zielen auf die Gesunderhaltung unserer Kulturpflanzen ab. Pflanzenkrankheiten, Schader- reger, aber auch die genetische Ausstattung der Pflanzen sind Forschungsgegenstand. So trägt das JKI mit seiner Züchtungsforschung dazu bei, dass Sorten gezüchtet werden können, die weniger krank- heitsanfällig bzw. stresstoleranter sind. Die Suche nach den genetischen Grundlagen der gewünschten Eigenschaften ist ein zentrales Arbeitsfeld am JKI- Hauptsitz Quedlinburg, wo vier Institute angesiedelt sind.

Expertisen in der Bioökonomie (bezogen auf den Standort Quedlinburg)

■■ Pflanzengenetik, Züchtungsforschung und Evaluierung pflanzengenetischer Ressourcen an Ackerkulturen, gartenbaulichen Kulturen

■■ Know-how in molekularbiologischen Studien von Wirt-Pathogen-Interaktionen und von Pflanzen- wachstum unter abiotischem Stress

■■ Know-how in molekularen und biochemischen Analyseverfahren

■■ Know-how bzgl. Bioinformatik (Sequenzanalyse, Bildanalyse, Biostatistik)

■■ Know-how bzgl. biotechnologischer Verfahren (Gentransfer, Genome Editing, Transformations- verfahren von Nutzpflanzen)

ALLGEMEINE VORSTELLUNG/ GENERAL INTRODUCTION 27 JKI carries out agricultural research for the Ministry of Food and Agriculture at 16 specialized centers and ten locations in Germany. The work aims to maintain the health of our crops. Plant diseases, pests, but also the genetic composition of the plants are topics of research here. Thus, JKI’s breeding research enables new varieties to be bred that are less susceptible to diseases and abiotic stresses. The search for the genetic basis of desired properties is a key area of research at the headquarters of JKI in Quedlinburg, where four institutes are located.

Know-how in bioeconomy (in reference to the site in Quedlinburg)

■■ Plant genetics, breeding research and evaluation of plant genetic resources of arable crops and horticultural crops

■■ Expertise in molecular biological studies of host-pathogen interactions and plant growth under abiotic stress

■■ Expertise in molecular and biochemical analyses

■■ Know-how in terms of bioinformatics (sequence analysis, image analysis, biostatistics)

■■ Know-how in terms of biotechnological processes (gene transfer, genome editing, transforming methods for crops)

Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnolo- gische Prozesse/ Fraunhofer Center for Chemical-Biotechnological Processes (CBP)

Das Fraunhofer-Zentrum CBP in Leuna schließt seit 2011 die Lücke zwischen Labor und industrieller Nutzung. Durch die Bereitstellung von Infrastruktur und Technikums-/ Miniplant-Anlagen ermöglicht das Fraunhofer CBP Kooperationspartnern aus Forschung und Industrie die Entwicklung und Skalie- rung von biotechnologischen und chemischen Prozessen bis zum industriellen Maßstab. So entstand eine bisher einmalige Plattform zur Entwick- lung neuer Verfahren bis in produktrelevante Dimensionen mit direkter Anbindung an die chemi- sche Industrie einerseits und an die Fraunhofer-Forschung andererseits. Das Fraunhofer CBP hat seinen Fokus auf der Entwicklung nachhal- tiger Prozesse entlang der gesamten Wertschöpfungskette zur Herstellung von Produkten auf der Basis nachwachsender Rohstoffe. Ziel ist die kaskadenartige, stofflich-energetische Nutzung möglichst aller Inhaltsstoffe pflanzlicher Biomasse nach dem Prinzip einer Bioraffinerie. Am Fraunhofer CBP sind modular einsetzbare Prozesskapazitäten bis 10 m3 Fermentationsvolumen und kontinuierliche Anlagen bis 20 kg/h auch unter hohen Prozess-

28 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 drücken sowie verschiedenste Aufbereitungs- und Aufarbeitungstechniken verfügbar. Mit diesem flexibel einsetzbaren Bioraffineriekonzept können Rohstoffe wie pflanzliche Öle, Cellulose, Lignocellulose, Stärke oder Zucker aufbereitet und zu chemischen Produkten umgesetzt werden.

Expertisen in der Bioökonomie

■■ Aufschluss und Komponententrennung von Lignocellulose mithilfe organischer Lösungsmittel mit einer Kapazität von 1 t Biomasse/Woche

■■ Fermentationskapazitäten von 10/100/300/1000/10.000 L und Ausstattung für die Aufarbeitung der Fermentationsprodukte (Downstream Processing)

■■ Enzymreaktoren bis 1000 L

■■ verschiedene Prozesseinheiten für chemische Umsetzungen (kontinuierlich bis 20 kg/h/ diskonti- nuierlich bis 100 L bei Temperaturen bis zu 500°C und Drücken bis 300 bar)

■■ Mechanische und thermische Trennverfahren (inkl. Hochtemperaturrektifikation bis 350°C bei

reduzierten Drücken und Extraktion mit l-Propan und sc-CO2)

Since 2011, the Fraunhofer Center CBP in Leuna has been bridging the gap between laboratory and indus- trial utilization of plants. Through the provision of infrastructure and pilot plants and miniplants, the Fraunhofer CBP allows partners from research and industry to develop and scale biotechnological and chemical processes up to an industrial scale. This has enabled an unprecedented platform to be estab- lished for the development of new methods with a direct connection to the chemical industry, on the one hand, and Fraunhofer research, on the other. The Fraunhofer CBP focuses on the development of sustain- able processes along the entire value chain for the production of products based on renewable plant raw materials. The aim is to cascade material and energy use of all ingredients of plant biomass according to the principle of a biorefinery. At the Fraunhofer CBP, modular deployable process capacities of up to 10 m3, and continuous fermentation systems of up to 20 kg/h are available at high process pressures as well as various treatment and reconditioning techniques. With this versatile biorefinery concept, plant raw materials such as plant oils, cellulose, lignocellulose, starch or sugar can be processed and converted into chemical products.

Know-how in bioeconomy

■■ Digestion and separation of components of lignocellulose using organic solvents with a capacity of 1 ton of biomass per week

■■ Fermentation capacity of 10/100/300/1,000 and 10,000 L and facilities for the processing of the fermentation products (downstream processing)

■■ Enzyme reactors up to 1,000 L

■■ Various process units for chemical reactions (continuously up to 20 kg/h/L to 100 discontinuously at temperatures of up to 500°C and pressures of up to 300 bar)

■■ Mechanical and thermal separation processes (incl. high temperature rectification up to 350°C at

reduced pressures and extraction with l-propane and sc-CO2)

ALLGEMEINE VORSTELLUNG/ GENERAL INTRODUCTION 29 Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung Helmholtz Centre for Environmental Research (UFZ)

Das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) untersucht die komplexen Wechselwirkungen zwischen Mensch und Natur unter dem Einfluss des globalen Wandels. In enger Kooperation mit Entscheidungsträ- gern und Vertretern der Zivilgesellschaft werden Systemlösungen erarbeitet, um komplexe Umweltsysteme besser zu managen und Umweltprobleme zu überwinden. Die UFZ-Bioökonomie-Forschung ist auf die effiziente und nachhaltige Nutzung von Biomasseressourcen und eine interdisziplinäre Betrachtungsweise von Landwirtschaft, Ernährung und Technologie ausgerichtet.

Expertisen in der Bioökonomie

■■ Entwicklung von neuen Instrumenten zur Optimierung von Prozessen, Produkten und Kooperationen innerhalb einer Bioökonomie- Region

■■ Integrierte Stoffstromanalyse von Bioökono- mieprodukten mit dem Ziel eines branchenübergreifenden Nachhaltigkeitsmoni- toring einer Region

■■ Bearbeitung volkswirtschaftlicher und rechts- wissenschaftlicher Fragen für Bioökonomieunternehmen, u.a. zur Ableitung förderlicher Rahmenbedingungen

■■ Untersuchung der effizienten und nachhaltigen Verwendung von Biomasseressourcen und Synergiepotentiale zwischen den erneuerbaren Ressourcen unter verschiedenen Entwicklungs- szenarien

The Helmholtz Centre for Environmental Research (UFZ) examines the complex interactions between mankind and nature under the influence of global change. In close cooperation with policy makers and representatives from civil society, system solutions are developed to better manage complex environmental systems and to overcome environmental problems. The UFZ’s bioeconomy research is focused on the efficient and sustainable use of biomass resources and an interdisciplinary approach to agriculture, food and technology.

Know-how in bioeconomy

■■ Development of new tools for the optimization of processes, products and collaborations within a bioeconomy region

■■ Integrated material flow analysis of bioeconomic products with the aim of a cross-industry sustain- ability monitoring of a region

■■ Processing economic and legal questions for bioeconomic companies, for instance to achieve a more enabling environment

■■ Study of the efficient and sustainable use of biomass resources and potential synergies between renewable resources under different scenarios

30 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 Hochschule Anhalt Anhalt University of Applied Sciences

Die Hochschule Anhalt ist mit ca. 8.000 Studierenden eine der größten Fachhochschulen in Deutschland. Das Studienangebot beinhaltet mehr als 65 Bachelor- und Masterstudiengänge. Innerhalb der Fachhoch- schulen in Deutschland nimmt die Hochschule Anhalt eine Spitzenposition im Bereich der angewandten Forschung ein. Das gilt insbesondere für das „Kompetenzzentrum Life Sciences“. Die wichtigsten Forschungsbereiche im „Kompetenzzentrum Life Sciences“ sind:

■■ Biotechnologie in den Bereichen Umwelt, Pharma, Lebensmittel u. Landwirtschaft

■■ Funktionelle Wirkstoffe für Kosmetik u. Pharma, Lebens- u. Futtermittel sowie Pflanzenschutz

■■ Nachwachsende Rohstoffe (stoffliche u. energetische Nutzung), Nachhaltige landwirtschaftliche Anbausysteme

■■ Ökologie (Erhalt natürlicher Lebensgrundlagen u. Renaturierung)

Expertisen in der Bioökonomie

AG Algenbiotechnologie (IAB)

■■ Kultivierung von Mikroalgen und Makroalgenzellkulturen, biotechnologische Gewinnung von Wertstoffen

■■ Produktisolierung aus Algenbiomasse

■■ Analytisches Know-how zur qualitativen und quantitativen Erfassung von Stoffwechselmetaboliten

■■ Planung von Anlagen im Technikumsmaßstab

■■ Vergärung von komplexen Biomassesubstraten (biogene Abfallstoffe, nachwachsende Rohstoffe)

AG Institute of Bionalytical Sciences (IBAS)

■■ Erzeugung pflanzlicher Extrakte mit definiertem Wirkstoffspektrum für Einsatz in Kosmetik und Pharmazie sowie im biologischen Pflanzenschutz

■■ Isolierung, Identifizierung/ Quantifizierung und funktionelle Charakterisierung von sekundären Pflanzeninhaltsstoffen

■■ Technologieentwicklung zur Optimierung der Extraktion, Know-how-Transfer

■■ Know–how in molekularbiologischen Untersuchungen

AG Feldversuche

■■ Optimierung von Anbaustrategien für Kulturpflanzen – Versuche zu Pflanzenschutz, Düngung, Sorten, Saatzeiten, Fruchtfolge

■■ Etablierung „neuer“ Arten in Mitteldeutschland auf Grund von klimatischen Veränderungen und veränderten Ernährungsgewohnheiten

ALLGEMEINE VORSTELLUNG/ GENERAL INTRODUCTION 31 Anhalt University has about 8,000 students and is one of the largest universities of applied sciences in Germany. The academic programs include more than 65 bachelor and master degree programs. Anhalt University occupies a leading position within Germany in the field of applied research. This is especially true for the “center of life sciences”. The most important research areas in the “center of life sciences” are:

■■ Biotechnology in the areas of environment, pharmaceuticals, food and agriculture

■■ Functional ingredients for cosmetics and pharmaceuticals, food, feed and crop protection

■■ Renewable resources (material and energy use) of sustainable agricultural farming systems

■■ Ecology (conservation of natural resources and restoration)

In the field of bioeconomy, the “Institute of Algal Biotechnology Working Group (IAB)”, the “Institute of Bion- alytical Sciences Working Group (IBAS)” and the “Field Trials Working Group” are the primary actors.

Know-how in bioeconomy

Algal Biotechnology (IAB)

■■ Cultivation of microalgae and microalgae cell cultures, biotechnological production of materials

■■ Product isolation from algae biomass

■■ Analytical expertise for the qualitative and quantitative detection of metabolites

■■ Engineering of pilot plants

■■ Fermentation of complex biomass substrates (biogenic waste, renewable resources)

Institute of Bioanalytical Sciences (IBAS)

■■ Production of plant extracts with a defined range of active ingredients for use in cosmetics and pharmaceuticals as well as biological control

■■ Isolation, identification/quantification and functional characterization of secondary plant compounds

■■ Technology development to optimize extraction, know-how transfer

■■ Expertise in molecular biology studies

Field Trials

■■ Optimization of cultivation strategies for crops – trials on plant protection, fertilization, varieties, sowing dates, crop rotation

■■ Establishment of new crop species in Central Germany due to climatic changes and changes in consumer habits

32 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 Agrochemisches Institut Piesteritz e. V. Agrochemical Institute Piesteritz e.V. (AIP)

Das AIP ist ein An-Institut der MLU. Fünf Institute der MLU und das IPB gewährleisten hier ein breites Spektrum interdisziplinärer Arbeiten von der Landwirtschaft über die Biochemie bis hin zur Pharmazie und den Ingenieurwissenschaften. Ziel des Institutes ist es, das Zusammenwirken von Prakti- kern und Wissenschaftlern für die Entwicklung und den Einsatz agrochemischer Produkte zum Zwecke der wissenschaftlichen Forschung zu unterstützen. Darüber hinaus ist es Vereinsziel, Landes- und kommunale Behörden und deren öffentliche Einrichtungen zu beraten, einen Beitrag zur Förderung des Technik- und Umweltbewusstseins zu leisten und aktiv die Förderung der Aus-, Fort- und Weiterbildung zu unterstützen.

AIP is an affiliated institute of MLU. Five institutes of MLU and IPB provide a broad range of interdis- ciplinary work ranging from agriculture and biochemistry to pharmacy and engineering. The goal of AIP is to support the interaction of practi- tioners and researchers in the development and use of agrochemical products to support scientific research. In addition, AIP has set the task to advise the state and municipal authorities and their public institutions to contribute to the promotion of tech- nology and environmental awareness, and to actively support the promotion of education and training.

Organisationsstruktur / Organizational structure

Dem WissenschaftsCampus Halle gehören die vier Gründungsmitglieder Martin-Luther-Universität Halle Wittenberg (MLU), Leibniz-Institut für Agrarentwicklung in Transformationsökonomien (IAMO), Leibniz- Institut für Pflanzenbiochemie (IPB), Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) sowie die folgenden sieben assoziierten Mitglieder: Institut für Wirtschaftsforschung Halle (IWH), Interdis- ziplinäres Zentrum für Nutzpflanzenforschung (IZN) der MLU , Agrochemisches Institut Piesteritz e.V. (AIP), Julius Kühn-Institut - Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen (JKI), Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse (CBP), Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) und die Hochschule Anhalt (HS-Anhalt) an. Das Direktorium des WCH umfasst sechs Vertreter der Gründungsmit- glieder. Die Dekane der beteiligten Fakultäten und je ein Vertreter der assoziierten Mitglieder gehören dem erweiterten Direktorium an. Dem Direktorium stehen die gewählten Co-Sprecher, Prof. Dr. Klaus Pillen und Prof. Dr. Ludger Wessjohann vor. Das Direktorium wird in seiner Arbeit durch die Geschäftsstelle unter- stützt. Die Forschungsarbeiten des WCH sind in die drei Forschungsschwerpunkte Pflanzliche Primärproduktion, Verarbeitung/Konversion und Sozioökonomie gegliedert. Jeder Bereich wird von jeweils einem Koordinator geleitet.

Der WCH wird von einem wissenschaftlichen Beirat (SAB) begleitet. Er besteht aus acht externen, international ausgewiesenen Expertinnen und Experten, die vom Rektorat der MLU auf Vorschlag des Direktoriums und im Einvernehmen mit den wissenschaftlichen Geschäftsführungen der Leibniz-Institute bestellt wurden. Neben der Beratung besteht die vorrangige Aufgabe des wissenschaftlichen Beirats in der Evaluierung der Arbeit des WissenschaftsCampus.

ALLGEMEINE VORSTELLUNG/ GENERAL INTRODUCTION 33 The ScienceCampus Halle is composed of four founding members, which include Martin Luther University Halle Wittenberg (MLU), Leibniz Institute of Agricultural Development in Transition Economies (IAMO), Leibniz Institute of Plant Biochemistry (IPB), Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK), and seven associated members, which include the Halle Institute for Economy Research (IWH), Interdisciplinary Centre for Crop Research (IZN), Agrochemical Institute Piesteritz (AIP), Julius Kühn Insti- tute, Federal Research Centre for Cultivated Plants (JKI), Fraunhofer Center for Chemical-Biotechnological Processes (CBP), Helmholtz Centre for Environmental Research (UFZ) and Anhalt University of Applied Sciences. The WCH Board of Directors consists of six delegates of the founding members. The deans of the participating faculties and one representative of each of the associated members belong to the Extended Board of Directors. Prof. Dr. Klaus Pillen and Prof. Dr. Ludger Wessjohann are the co-speakers of the Board of Directors. The Board’s administrative and management functions are supported by the WCH office. The research activities of the WCH are separated into the three research areas of primary plant production, processing/conversion and socio-economy. Each research area is headed by a coordinator.

The ScienceCampus Halle is accompanied by a Scientific Advisory Board (SAB) that is composed of eight external, internationally renowned scientists from academia and industry. The SAB receives and reviews the annual reports of the WCH. The Board has been appointed for an initial period of four years and is chaired by Prof. Dr. Christian Jung from the University of Kiel. The SAB is responsible for external evalua- tion and provides advice to the management of the WCH.

AdvisoryAdvisory BoardBoard Addvisoryvisory MemberMembers

Eightight externalexternal internationalinternational DDeanseans ofof thethe involvedinvolved facultiefaculties recognizedrecognized expertsexperts ooff thethe MLU,MLU, oneone representativerepresentative ooff thethe associatedassociated members

BOARDBOARD OFOF DIRECTDIRECTOORRS

Sppeakerseakers: PProf.rof. DDrr. KlausKlaus PillenPillen (MLU)(MLU), PProf.rof. DDrr. LudgerLudger AA.. WWeesssjohannsjohann (IPB(IPB)

Prof.Prof. DDrr. AAlfonslfons BallmannBallmann (IAMO),(IAMO), Prof.Prof. DrDr. HolgerHolger DeisingDeising (MLU(MLU) Prof.Prof. DDrr. KlausKlaus HumbeckHumbeck (MLU),(MLU), Prof.Prof. DrDr. NicolausNicolaus vonvon WirénWirén (IPK)(IPK)

ADMINISTRAADMINISTRATIVE OFFICEOFFICE

SScientificcientific Coordinator:Coordinator: PPublicublic RelationsRelations: DDrr. ClaudiaClaudia FlügelFlügel NNadjaadja SSonntaonntag

RESEARCHESEARCH AREAAREA

PPrimaryrimary PlantPlant ProductioProduction CConversiononversion Soocio-economicscio-economics

Spepeaker:aker: Spepeaker:akeraker: SSpeakerpeakeraker: PProf.rof. DDrr. HolgerHolger DeisingDeising PProf.rof. DDrr. IngoIngo SchellenberSchellenberg PProf.rof. DDrr. AAlfonslfons BalmanBalmann (M(ML(MLU)LUU) (H(HS-AnhaltS-Anhalt) ((IAMO)IAMO)

34 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 Ziele der zweiten Förderperiode/ Major goals of the second funding period

In der zweiten Förderperiode des WCH (2015-2018) sollen die bereits bestehenden Verbindungen und Kooperationen zwischen den elf Mitgliedern weiter intensiviert und die nationale und internationale Sicht- barkeit weiter erhöht werden. Dazu setzt sich der WCH die folgenden drei wichtigen Meilensteine:

■■ Die Finanzierung von transdisziplinärer Forschung über Innovationen im Bereich der pflanzenba- sierten Bioökonomie, einschließlich der Produktion, Gewinnung und Veredelung von hochwertigen pflanzlichen Produkten und der Untersuchung von sozialen und wirtschaftlichen Folgeerschei- nungen.

■■ Stärkung der Qualität der Lehre im Bereich der Bioökonomie, basierend auf 19 etablierten gemein- samen berufenen Professuren zwischen den Leibniz-Instituten oder assoziierten WCH-Mitgliedern und der Martin-Luther-Universität.

■■ Stärkung der Plattform, um zu verbinden, zu informieren und Impulse für die Akteure im Bereich der Bioökonomie aus Forschung, Wirtschaft, Politik und Öffentlichkeit in Sachsen-Anhalt und darüber hinaus zu geben.

During the second four year funding period (2015-2018) the WCH will intensify the already established links and cooperational relationships between the eleven members and increase its national and international visibility. For To do this, the WCH will achieve the following three major milestones:

■■ Financing transdisciplinary research between its members through innovations in plant-based bioeconomy, including the primary production of plants, processing and conversion of high-value products and studying their social and economic consequences.

■■ Strengthening the quality of teaching in the field of bioeconomy, based on 19 established joint professorships between the Leibniz institutes or associated WCH members and Martin Luther University.

■■ Strengthening the platform function of the WCH to connect, inform and provide impulses to bioeconomy players in Saxony-Anhalt and beyond from research, business, politics and the public.

ALLGEMEINE VORSTELLUNG/ GENERAL INTRODUCTION 35 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 Rückblick Review Rückblick/ Review

Vernetzung mit dem Bioeconomy Cluster/ Networ- king with the Excellence Cluster BioEcomomy

Am 25. März 2014 haben die Sprecher des WissenschaftsCampus Halle, Prof. Dr. Ludger Wessjohann (IPB) und Prof. Dr. Klaus Pillen (MLU), eine gemeinsame Absichtserklärung zu einer engeren Zusammenarbeit mit dem Spitzencluster Bioeconomy unterzeichnet. Im Sinne der Schwerpunktsetzung des Landes Sachsen-Anhalt und der Bundesrepublik Deutschland im Bereich der Bioökonomie werden dadurch Aktivitäten gebündelt sowie regionale Synergieeffekte ausgeschöpft. Eine Vernetzung mit dem ebenfalls in Halle ansässigen Cluster fördert zudem die Rolle Sachsen-Anhalts als Modellregion der Bioökonomie für Deutschland und Europa. Darüber hinaus ergänzen sich diese beiden Akteure im Bereich der pflanzlichen Bioökonomie ideal. Der BioEco- nomy Cluster Mitteldeutschland treibt die Nutzung von non-food Biomasse als Rohstoff für innovative Werkstoffe, chemische Grundstoffe und Kunststoffe sowie als Energielieferant voran. Im Clusterverbund entwickeln Unternehmen und Forschungs-Institute innovative Verfahren und Prozesse zum Aufbau einer biobasierten Wirtschaft. Mittels Kaskadennutzung von Reststoffen und Koppelproduktion sollen dabei Wertschöpfungsketten erweitert werden. Die Vernetzung verschiedener Wirtschaftsbereiche (z. B. Holz- und Forstwirtschaft, chemische und kunststoffverarbeitende Industrie, Anlagenbau) und ein zentraler Ansatz zur Prozessskalierung sorgen für eine beschleunigte Entwicklung vom Labor- zum Industriemaß- stab. Neben einem regelmäßigen Informationsaustausch ist auch eine Kooperation im Rahmen der

Horst Mosler, Geschäftsführer BCM BioEconomy Cluster Management GmbH, und Nadja Sonntag vom WCH im Gespräch

Horst Mosler manager of the BCM BioEconomy Cluster Manage- ment GmbH in conversation with Nadja Sonntag of the WCH

© Michael Deutsch/ WCH

Presse- und Öffentlichkeitsarbeit zum Thema pflanzliche Bioökonomie Gegenstand der Zusammenarbeit. Des Weiteren sollen in Zukunft gemeinsame Vorhaben initiiert werden. Das erste gemeinsame Projekt, nach dem ersten öffentlichen Auftritt bei der transHAL 2014, ist die gemeinsam ausgerichtete Internationale Bioökonomie Konferenz am 07. und 08. Mai 2015 in Halle, die vom WCH ins Leben gerufen wurde.

Neben einem regelmäßigen Informationsaustausch ist auch eine Kooperation im Rahmen der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit zum Thema pflanzliche Bioökonomie Gegenstand der Zusammenarbeit. Des Weiteren sollen in Zukunft gemeinsame Vorhaben initiiert werden. Das erste gemeinsame Projekt, nach dem ersten öffentlichen Auftritt bei der transHAL 2014, ist die gemeinsam ausgerichtete Internationale Bioökonomie Konferenz am 07. und 08. Mai 2015 in Halle, die vom WCH ins Leben gerufen wurde.

38 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 On March 25, 2014 the speakers of ScienceCampus Halle, Prof. Dr. Ludger Wessjohann (IPB) and Prof. Dr. Klaus Pillen (MLU), signed a memorandum of understanding to cooperate more closely with the Leading Edge Cluster BioEconomy. With regard to the strategic objective of Saxony-Anhalt and the Federal Republic of Germany in the field of bioeconomy, activities are bundled and regional synergies are utilized. Networking with the cluster, which is also located in Halle, promotes the role of Saxony-Anhalt as a model region of bioeconomy in Germany and Europe.

Moreover, these two actors in the field of plant-based bioeconomy complement one another perfectly. The BioEconomy cluster in Central Germany is driving forward the use of non-food biomass as a raw material for innovative materials, basic chemicals and plastics, as well as an energy supplier. In the cluster, compa- nies and research institutes develop innovative methods and processes to build a bio-based economy. Value chains are extended by means of cascade utilization of residues and combined production. The networking of various sectors of the economy (e.g. wood and forestry, chemical and plastics processing industry, plant engineering) and a central approach to process scaling speed up the development from laboratory to industrial scale.

In addition to the regular exchange of information, cooperation also occurs in the context of press and public relations on the topic of plant-based bioeconomy. Joint projects will also be initiated in the future. The first project, after the first public appearance at the transHAL 2014, is the jointly organized International Bioeconomy Conference on May 7th and 8th 2015 in Halle, which was launched by the WCH.

Internationale Bioökonomie Konferenz International Bioeconomy Conference

Am 22. und 23. Mai 2014 fand die dritte Internationale Bioökonomie Konferenz des WCH in Halle statt. Im Leibniz-Institut für Agrarentwicklung und Transformationsökonomien (IAMO) wurde unter dem Motto „Bio Meets Economy – Science Meets Industry“ der neueste Stand des nachhaltigen Wirtschaftens aufgezeigt.

„Im Bereich Bioökonomie verfügt die Wissenschaft und Wirtschaft des Landes Sachsen-Anhalt über großes Potenzial. Dabei ist es uns ein besonderes Anliegen, die Erkenntnisse der Wissenschaft in die Wirtschaft zu überführen. Mit der Internationalen Bioökonomie Konferenz des WissenschaftsCampus Halle haben wir Gelegenheit, uns als Zentrum nachhaltigen Wirtschaftens zu positionieren und den Wissenstransfer zwischen Forschung und Wirtschaft noch weiter auszubauen“, so Staatssekretär Marco Tullner. Das umfangreiche Programm brachte Interessierte aus Wirtschaft und Wissenschaft zusammen und machte die Konferenz so zu einer exzellenten Möglichkeit, Kontakte zu knüpfen und neue Ideen zu besprechen. Darüber hinaus wurde auch die Politik mit dieser Veranstaltung für das zukunftsträchtige Feld der pflanzen- basierten Bioökonomie sensibilisiert. Ca. 200 Gäste nahmen an der Konferenz teil.

Die bereits vierte Internationale Bioökonomie Konferenz wird am 07. und 08. Mai 2015 im IAMO stattfinden. Erstmalig wird diese gemeinschaftlich mit dem Spitzencluster Bioeconomy organisiert.

On May 22nd and 23rd 2014, the WCH’s Third International Bioeconomy Conference of the WCH was held in Halle at the Leibniz Institute of Agricultural Development and Transition Economies (IAMO). The theme of the the conference was themed “Bio Meets Economy – Science Meets Industry” and it presented the latest results on sustainable economy.

“In bioeconomy, the science and economy fields of the State of Saxony-Anhalt hold great potential. Our main concern is to transfer the knowledge of science to industry. The International Bioeconomy Conference of the ScienceCampus Halle offers the opportunity to position ourselves as a center of sustainable manage-

RÜCKBLICK/ REVIEW 39 ment and to further expand the knowledge transfer between research and industry,” said Vice Secretary Marco Tullner. The extensive program brought together interested parties from industry and academia and made the conference an excellent opportunity to establish contacts and to discuss new ideas. In addition, the event raised the awareness of political representatives with regard to the promising field of plant-based bio-economy. Approximately 200 guests attended the conference.

Dr. Henk van Liempt vom Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) und Publikum bei der dritten Internationalen Bioökonomie Konferenz 2014 Dr. Henk van Liempt of the Federal Ministry of Education and Research and audience at the third International Bioeconomy Conference 2014 © Nadja Sonntag/ WCH

The Fourth International Bioeconomy Conference will take place on May 7th and 8th 2015 in Halle at the IAMO. For the first time the conference will be jointly organized by the WCH and the Leading Edge Cluster BioEconomy.

Ringvorlesung Sommersemester 2014/ Lecture Series Bioeconomy in Summer Term 2014

Im Sommersemester 2014 drehte sich eine gesamte Vorlesungsreihe an der MLU, die vom WCH organi- siert wurde, um das Thema Bioökonomie. In der Ringvorlesung Bioökonomie des WCH diskutierten und beantworteten renommierte Vertreter des wachsenden Forschungs- und Entwicklungsfeldes wichtige Zukunftsfrage wie: Wie ist derzeit die Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen in Deutschland, Europa und der Welt? Welche großen Veränderungen und Herausforderungen stehen der Landwirtschaft bevor? Und wie kann eine nachhaltige Bereitstellung und Nutzung von Biomasse gewährleistet werden?

Die Auftacktveranstaltung von Patrick Dieckhoff vom BioÖkonomieRat mit über 80 interessierten Teilneh- merInnen stellte Erstaunliches aus der Bioökonomie vor.

In Gärten wächst er fast ausschließlich als unliebsames Unkraut: der Löwenzahn. Während er dort schnellstmöglich gejätet wird, hält er dagegen seit ein paar Jahren in der Forschung wegen seines Milch- saftes verstärkt Einzug. Da die Weltmarktpreise des bisher gebräuchlichen Naturkautschuks des Kautschukbaumes stark schwanken und viele Kautschukbaumplantagen unter Pilzbefall leiden, könnte der Russische Löwenzahn möglicherweise als günstigere Naturgummi-Alternative genutzt werden. Untersu- chungen müssen nun zeigen, ob durch das Löwenzahn-Gummi sogar vollständig auf synthetischen Kautschuk, der auf Basis von Erdöl produziert wird, verzichtet werden kann.

40 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 In der Produktion von Fasern hat sich ebenfalls eine neue, natürliche Alternative zu Chemiefasern aufgetan. Der in Deutschland zurzeit herrschende Überfluss an Milch kann für die Gewinnung von Kasein genutzt werden. Kasein ist ein Bestandteil und Nebenprodukt von Milch, aus dem normalerweise Käse hergestellt wird. Durch neue biotechnologische und umweltschonende Produktionsverfahren können daraus auch Biofasern für Kleidung gewonnen werden. Positiver Nebeneffekt der Kleidung aus dem antibakteriellen und antiallergischen Milchstoff ist eine pflegende Wirkung für die Haut. Dabei ist allgemein anerkannt, dass Biomasse in erster Linie der Ernährung von Mensch und Tier dienen soll und erst dann folgt die Nutzung als industrieller Rohstoff oder der Einsatz zur Energiegewinnung, um einer Teller-oder-Tank-Debatte vorzu- beugen. Die Reihenfolge der sogenannten ‚vier Fs‘ der Bioökonomie (Food, Feed, Fibre and Fuel) ist somit entscheidend.

Allein diese Beispiele aus der Bioökonomie verdeutlichen, dass durch die Nutzung pflanzlicher Rohstoffe völlig neue Verfahren und Produkte gewonnen werden können, die gesund und klimaschonender sind. Teilweise ist die Bioökonomie mit ihren natürlichen Materialien im Alltag angekommen, dennoch birgt sie ein noch größeres Potenzial.

Patrick Dieckhoff vom BioÖkonomieRat bei seiner Präsentation/ Patrick Dieckhoff of the German Bioeconomy Council - © Nadja Sonntag/ WCH

During the summer term 2014 an entire series of lectures at Martin Luther University Halle-Wittenberg, organized by the WCH, was devoted to the topic of bioeconomy. Renowned contributors of the growing bioeconomy research and development field answered questions about the future from students and the public, such as: What is the current use of renewable resources in Germany, Europe and around the world? Which major changes and challenges lie ahead for agriculture? How can a sustainable supply and use of biomass be guaranteed?

Over 80 interested participants attended the opening event, hosted by Patrick Dieckhoff from the BioEco- nomy Council, which presented stunning things about bioeconomy.

RÜCKBLICK/ REVIEW 41 In gardens, the dandelion grows almost exclusively as an unwelcome weed. Although it tends to be weeded out as soon as possible, it is increasingly attracting researchers because of its milk-like sap (latex). As the world market prices for natural rubber vary greatly and many rubber tree plantations suffer from fungal infestation, the Russian dandelion could possibly be used as a cheaper alternative to natural rubber. Studies must show whether it is possible to substitute synthetic rubber, whose production is petroleum based, with dandelion rubber.

A new, natural alternative to synthetic fibers has also been developed in the area of fiber production. The currently prevailing abundance of milk in Germany can be used for the extraction of casein as a by-product of milk. Due to the new biotechnological and environmentally friendly production of bio-fibers, milk can now be used to produce clothing. In addition, a positive side effect of clothes made of the anti-bacterial and anti-allergic fabric casein is the nourishing effect of the skin.

It is generally accepted that biomass should be primarily used to feed humans and animals and only secondarily as industrial raw material and for energy production. This prevents a ‘plate or tank’ debate. The correct order of use of the so-called four ‘f’s of the bioeconomy (food, feed, fiber and fuel) is crucial. The bioeconomy examples above illustrate that completely new methods and products may be obtained through the use of (plant) raw materials that are, potentially, more sustainable, healthier and more climate-friendly. To some extent, bioeconomy has already arrived in our daily lives by way of natural materials, however, it holds a much greater potential.

Lange Nacht der Wissenschaften 2014 Long Night of the Sciences 2014

Eine zentrale Aufgabe des WissenschaftsCampus Halle stellt der Transfer von Wissen in die Öffentlichkeit dar. So ließ es sich der WCH auch im Jahr 2014 nicht nehmen und präsentierte sich im Rahmen der 13. Langen Nacht der Wissenschaften am 4. Juli beim WCH-Mitglied IPB. Bei der Langen Nacht, die von der Stadt Halle, der Martin-Luther-Universität und den zahlreichen Forschungseinrichtungen der Stadt organi- siert wird, standen mehr als 350 Veranstaltungen auf dem Programm. In das IPB auf dem Weinberg Campus kamen an dem Abend trotz des Viertelfinales der Fußballweltmeisterschaft 273 Besucher. Die nächste Lange Nacht der Wissenschaften findet am 5. Juli 2015 statt. Der WCH plant dieses Mal seinen Auftritt beim Partner IAMO.

Besucher der Langen Nacht der Wissenschaften 2014 am IPB

Visitors at the Long Night of Sciences 2014 at the IPB

© IPB

42 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 Transferring knowledge to the public is a key task of the ScienceCampus Halle. The WCH, thus, couldn’t miss the opportunity to present its activities and expertise at IPB during the 13th Annual Long Night of the Sciences on July 4th 2014. More than 350 events were presented to the public during the night of science, co-organized by the city of Halle, Martin Luther University and numerous research institutions in Halle. Despite the fact that the quarter-finals of the Football World Cup were being held at the same time, more than 273 guests visited IPB that night. The next Long Night of the Sciences will be held on July 5th 2015. This time, the WCH plans to participate at IAMO. transHAL 2014

Die Veranstaltung transHAL zielte darauf ab, die Vernetzung von Akteuren aus der Wissenschaft, Wirt- schaft und der Verwaltung zu initiieren und Kooperationen zwischen ihnen anzuregen. Am 28. Oktober 2014 fand so zum zweiten Mal dieser hallesche Transfertag der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg und der Stadt Halle im IAMO statt. Ziel der Veranstaltung war es, durch den Transfertag positive Effekte für die gesamte Region zu schaffen. Der WissenschaftsCampus Halle nutzte diese Plattform für die Entwick- lung von Kooperationsmöglichkeiten und präsentierte sich und seine Arbeit erstmalig auf einer konferenzbegleitenden Messe. Ebenfalls eine Premiere war die öffentliche Zusammenarbeit des WCH mit dem Spitzencluster Bioeconomy in Form eines Gemeinschaftsstandes.

Gemeinschaftsstand von WCH und Spitzencluster Bioeconomy

Joint trade fair booth of WCH and Leading Edge Cluster BioEconomy

© Marco Warmuth/ WCH

transHAL aims to initiate and encourage the cooperation between stakeholders from academia, industry and city administration. On October 28th 2014 the second Transfer Day Halle of Martin Luther University Halle-Wittenberg and the city of Halle took place at IAMO. The aim of the event was to achieve positive effects for the region. The ScienceCampus Halle used this platform for the initiation of cooperation oppor- tunities and presented itself and its work for the first time at an exhibition accompanying the conference. In addition, the WCH and the Leading Edge Cluster BioEconomy joined forces for the first time with a joint trade fair booth.

RÜCKBLICK/ REVIEW 43 Population Boom Informationsveranstaltung Population Boom Information Event

In seinem Dokumentarfilm „Population Boom“ (2013) deckte der österreichische Filmemacher Werner Boote („Plastic Planet“) bei seiner Reise um die Welt auf, woher die Angst vor dem Schreckgespenst ‚Überbevöl- kerung‘ rührt und stellte sich der polemischen Frage „Wer von uns ist zu viel?“.

Dieser Film bildete die Grundlage für eine Informations- veranstaltung des WissenschaftsCampus Halle in Kooperation mit der Heinrich-Böll-Stiftung Sachsen- Anhalt am 18. November 2014 im Kino Zazie in Halle. In einer an den Film anschließenden Diskussion stand Prof. Dr. Thomas Herzfeld, Direktor am IAMO, dem inte- ressierten Publikum als Experte Rede und Antwort. Hier ging es vor allem um die Ursachen für eine drohende Nahrungsmittelknappheit und Ressourcenmangel sowie um Verteilungsgerechtigkeit im Zusammenhang mit Überfüllter Kinosaal bei der Veran- einer wachsenden Weltbevölkerung. Die Bioökonomie staltung des WCH/ Overcrowded cinema wurde den ca. 120 Anwesenden als möglicher hall at the event of the WCH Lösungsweg präsentiert. Weitere Veranstaltungen © WCH/ Claudia Flügel dieser Art sind bereits in Planung.

In his documentary “Population Boom” (2013), the Austrian filmmaker Werner Boote (“Plastic Planet”) discovered, during his trip around the world, where the fear of “overpopulation” comes from. In it he poses the polemical question “Who amongst us is the one too many? “

This film was the basis for an informational event of the ScienceCampus Halle in cooper- ation with the Heinrich-Böll-Foundation of Saxony-Anhalt on November 18th 2014 at the cinema Zazie in Halle. In a subsequent discussion about the film, Prof. Dr. Thomas Herzfeld, director of IAMO, discussed the documentary’s statement with the audience. The documentary dealt with the causes of impending food shortages and lack of resources as well as with just resource distri- bution in the context of a growing world population. The bioeconomy was presented to approximately 120 attendees as a possible solution to solving the problems presented by the film. More events of this kind are already in the planning stage.

Publikumsfragen/ Prof. Dr. Thomas Herzfeld (IAMO) discusses with the audience/ © WCH/ Nico Dissmeyer

44 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 Jahrestagung des Netzwerks Wissenschafts management/ Annual Meeting of the Science Management Network

Am 20./21. November 2014 fand in München an der Bayerischen Akademie der Wissenschaften die Jahrestagung des Netzwerks Wissen- schaftsmanagement statt. Die Veranstaltung stand unter dem Thema „Herausforderung im Kooperationsmanagement“. In diesem Rahmen stellten VertreterInnen der Leibniz-Gemeinschaft das Konzept der Leibniz- WissenschaftsCampi bei einem sogenannten Thementisch (Open Space) vor. Beispielhaft für dieses regionale Kooperationsmodell konnte sich neben dem WissenschaftsCampus Tübingen – Bildung in Informationswelten (WCT) der WCH mit Impulsvorträgen präsentieren. Anschließend konnte im regen fachlichen Austausch mit den anwesenden WissenschaftsmanagerInnen von Hoch- schulen, Ministerien, Förderinstitutionen und Wissenschaftsorganisationen u.a. Fragen diskutiert werden wie „Was wird unter dem Begriff Transfer verstanden und was ist die Motivation für Transfer?“ sowie „Was sind Indikatoren für erfolgreichen Transfer?“.

On November 20th and 21st 2014, the annual meeting of the Science Management Network took place in Munich at the Bavarian Academy of Sciences. The theme of the event was “Challenge in Cooperation Management”. In this context, representatives from the Leibniz Association presented the concept of the Leibniz-ScienceCampi in a so-called “open space”. As examples of this model of regional cooperation, the WCH presented itself with keynote speeches alongside the ScienceCampus Tübingen – Informational Envi- ronments (WCT). Afterwards, there was an opportunity to discuss questions such as “What is meant by the term transfer and what is the motivation for transfer?” and “What are indicators for successful transfer?” in an active and professional exchange of views with the attending participants from universities, ministries, funding agencies and research organizations.

WissensWerte 2014

Die WissensWerte ist das wohl bekannteste Forum im Bereich Wissenschaftsjournalismus in Deutschland, welches seit elf Jahren einen Treffpunkt für Wissenschaftsjournalisten der deutschsprachigen Leitmedien und für freie Journalisten bietet. Die WissensWerte umfasst sowohl eine Konferenz als auch eine Fachaus- stellung „WissensCampus“ sowie eine Exkursion „Wissensorte“. Vom 24. bis 25. November 2014 war der WissenschaftsCampus im Maritim Hotel Magdeburg präsent. Im räumlichen Zentrum der Konferenz WissensWerte vermittelte der WCH seine Informationen zu Partnern, Forschungsaktivitäten und allgemein zur pflanzlichen Bioökonomie bei der begleitenden Fachausstellung gemeinsam mit der Leibniz-Gemein- schaft. Beispielhaft stellte der WCH hier das Verbundprojekt von IAMO und IPK „Sekundäre Inhaltsstoffe in Getreidekaryopsen als Qualitätsmerkmal: Analyse potentieller gesundheitsfördernder Effekte sowie Verbraucherakzeptanz und Zahlungsbereitschaft“ vor und verteilte eigens aus anthocyan-haltigem Mehl hergestelltes Gebäck.

Des Weiteren beteiligte sich der WCH an dem Format „Meet the Expert“ an den Ständen der begleitenden Fachausstellung. Hier konnten sich die KonferenzteilnehmerInnen über die neuesten Forschungstrends informieren und wichtige Kontakte zu den ausstellenden Stiftungen, Instituten und Forschungsabteilungen knüpfen. Prof. Dr. Thomas Altmann vom IPK Gatersleben stand allen Interessierten zu Fragen der Entwick- lungen und Chancen der „Pflanzenphänotypisierung – Die Vermessung der Pflanze“ am WCH-Stand Rede und Antwort.

RÜCKBLICK/ REVIEW 45 Meet The Expert: Prof. Dr. Thomas Altmann am Stand des WCH auf der WissensWerte 2014

Meet the Expert: Prof. Dr. Thomas Altmann at WCH’s trade fair booth at WissensWerte 2014

© WCH/ Michael Deutsch

Am 26. November 2014 folgten Exkursionen mit KonferenzteilnehmerInnen zu ausgewählten Institutionen in Sachsen-Anhalt. An einer Exkursion zum IPK in Gatersleben war der WCH ebenfalls vertreten. Journa- listen haben vor Ort interessante Einblicke in die Arbeit eines WCH-Mitgliedes erhalten. Insgesamt besuchten 390 TeilnehmerInnen die WissensWerte 2014.

WissensWerte is probably the most well-known forum of science journalism in Germany, which has provided a meeting place for science journalists from leading German media and freelance journalists over the past eleven years. WissensWerte is comprised of a conference as well as an exhibition named “Wissen- sCampus” and an excursion “Wissensorte”. The ScienceCampus Halle took part at the Maritim Hotel Magdeburg on November 24th and 25th 2014. At the conference center, the WCH, together with the Leibniz Association, communicated information about its partners, research activities and general information on plant-based bioeconomy as part of the accompanying exhibition.

Anthocyan-haltiges Gebäck vom WCH-Ver- bundprojekt „Sekundäre Inhaltsstoffe in Getrei- dekaryopsen als Qualitätsmerkmal: Analyse potentieller gesundheitsfördernder Effekte sowie Verbraucherakzeptanz und Zahlungsbe- reitschaft“

Biscuits containing anthocyanin from WCH’s joint research project “Secondary substances in cereals as quality attribute: Analysis of poten- tial health-enhancing effects and consumers’ willingness to buy and willingness to pay”

(© Christoph Herbort-von Loeper)

For example, the WCH introduced the joint project of IAMO and IPK entitled “Secondary substances in cereals as quality attribute: Analysis of potential health-enhancing effects and consumers’ willingness to buy and willingness to pay” and distributed biscuits made from flour that contained anthocyanin.

Furthermore, the WCH took part in “Meet the Expert” at the booths of the accompanying exhibition. Here, the conference participants were given the opportunity to learn about the latest research trends and to establish contacts with the participating foundations, institutes and research departments. At the WCH

46 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 booth, Prof. Dr. Thomas Altmann from IPK Gatersleben, answered questions with regard to developments and chances of “Plant phenotyping – Plant Measuring”.

On November 26th, conference participants went on excursions to selected institutions in Saxony-Anhalt. The WCH participated in an excursion to IPK Gatersleben where journalists received interesting insights into the work of a WCH member. In total, 390 participants attended WissensWerte 2014.

Besuch von AgriGenomics-Studierenden der Uni- versität Kiel/ Visit by AgriGenomics Students from the University of Kiel

Am 11. März 2015 führte eine Exkursion 25 Studierende und Studierender der Universität Kiel zum Wissen- schaftsCampus Halle. Die internationalen Studierenden des Masters AgriGenomics wurden durch Präsentationen über die Arbeit des WCH informiert und erhielten spannende Einblicke in die Forschung des WCH. Höhepunkt der Veranstaltung war der Besuch des Hochleistungsrechners des IT Servicezentrums (ITZ) der Martin-Luther-Universität Halle.

On March 11th 2015 the ScienceCampus Halle hosted a visit by students from the University of Kiel. The WCH presented its work and provided international AgriGenomics master’s students with interesting insights into its research. The highlight of the event was a visit to the Super Computer, located at the IT service center of Martin Luther University of Halle.

TeilnehmerInnen der Exkursion/ Participants of the excursion © WCH/ Nadja Sonntag

RÜCKBLICK/ REVIEW 47 Nachhaltige Kooperationsbeziehungen mit der Wirt- schaft/ Sustainable Cooperation with the Industrial Sector

Der WissenschaftsCampus Halle fördert die erkenntnisorientierte Grundlagenforschung ebenso wie die anwendungsorientierte Forschung im Bereich der pflanzenbasierten Bioökonomie, einen der innovations- stärksten Bereiche des Landes Sachsen-Anhalts. Nachhaltige Kooperationsbeziehungen mit Unternehmen sind hier besonders wichtig, da diese einen wichtigen Beitrag zum beiderseitigen Kompetenzaufbau liefern. Auf der einen Seite wird die Ausbildung und Forschung bei den Mitgliedern des WCH durch den Austausch mit der Wirtschaft nachhaltig gefördert und auf der anderen Seite werden künftige Fachkräfte frühzeitig an wirtschaftsrelevante Problemstellungen herangeführt. Im Jahr 2014 haben die Mitglieder des Wissen- schaftsCampus Halle zahlreiche Forschungsverträge mit Partnern aus der Wirtschaft geschlossen. Diese erfolgreiche Arbeit soll weiter ausgebaut werden. Aus diesem Grund wirbt der WCH in der zweiten Förder- periode nun verstärkt bei WirtschaftsinnovatorInnen für die Etablierung von Kooperationen. Mit einer Informationsbroschüre bietet der WCH ab sofort Unternehmen einen ersten Überblick über das vorhandene F&E Potenzial in der pflanzlichen Bioökonomie des Landes Sachsen-Anhalt. Der WCH will künftigen Partner aus der Industrie als Ansprechpartner für die Vermittlung von geeigneten Kooperationspartnern und dem Aufzeigen von Fördermöglichkeiten, sowie bei der Projektbeantragung und -koordination zur Verfü- gung stehen. Weitere Maßnahmen zum Gewinn von Partner aus der Industrie sind bereits in Planung.

INNOVATION DURCH KOOPERATION

VOM MOLEKÜL ZUR GESELLSCHAFT

Einband der WCH Informationsbroschüre/ Cover of the WCH information leaflet to promote the establishment of cooperation with industry innovators

48 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 Ernte auf dem Versuchsfeld der MLU Harvest at the experimental field station of the MLU © WCH/ Michael Deutsch

The ScienceCampus Halle supports knowledge-oriented basic research as well as applied research in the field of plant-based bioeconomy, one of the most innovative research areas in Saxony-Anhalt. Sustainable collaborative relationships with companies are particularly important because they provide an important contribution to the mutual development of competence. On the one hand, the education and research among the members of the WCH is strongly encouraged through an exchange with the economy and on the other hand, future professionals are introduced early-on to business-related problems.

In 2014 the members of the ScienceCampus Halle concluded numerous research agreements with industry partners. This successful work will be continued. For this reason, the WCH will promote the establishment of cooperation with industry innovators during the second funding period. The WCH has compiled an infor- mational brochure to provide an overview of the available R&D potential of Saxony-Anhalt in the field of plant bioeconomy. The WCH will be available as a contact broker for potential industry partners to allocate suitable academic cooperation partners and to identify potential funding opportunities, as well as to support project funding application and project coordination. Further actions to attract industrial partners are currently under development.

RÜCKBLICK/ REVIEW 49 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 Forschung Research Forschung/ Research

Die Forschungskompetenz der Mitglieder des WCH konzentriert sich auf die Bereiche Lebenswissen- schaften und Sozial- und Wirtschaftswissenschaften. Die individuellen Stärken der Institute ergänzen einander entlang der Wertschöpfungskette pflanzliche Primärproduktion, Verarbeitung/Konversion und Untersuchung ihrer sozioökonomischen Auswirkungen. Das Know-how wird nachfolgend kurz zusammen- gefasst: Lebenswissenschaften

■■ Molekulares Verständnis der Anpassungs- und Entwicklungsprozesse von Pflanzen

■■ Molekulares Verständnis der Toleranz von Pflanzen gegenüber biotischen und abiotischen Stress- faktoren

■■ Archivierung, Analyse und Nutzung der Pflanzenvielfalt

■■ Nachhaltige und verstärkte Produktion von Kulturpflanzen

■■ Verarbeitung, Änderung und biotechnologische Produktion von hochwertigen pflanzlichen Roh- stoffen als Lebensmittel, Futtermittel, Fasern und Brennstoffe sowie zur Herstellung von Feinchemikalien, Kosmetika und Pharmazeutika

■■ Entwicklung von Systemlösungen zur Verbesserung der Verwaltung und Bewältigung komplexer Umweltsysteme und Umweltfragen Sozioökonomie

■■ Untersuchung der Auswirkungen der allgemeinen sozioökonomischen Bedingungen, Einflüsse von Institutionen und Politiken auf die Entwicklung des Agrarsektors und der Agrarmärkte

■■ Analyse der Wirkung von Preisbildungsstrategien sowie von Wettbewerb- und der Marketing-Pro- zessen auf landwirtschaftliche Managementkonzepte und Marketingstrategien im Agrargeschäft sowie Entscheidungsprozesse der Verbraucher

■■ Multiperspektivische Analyse von Strukturwandel- und Integrationsprozessen in der erweiterten EU

Derzeit stellen die Mitgliedsinstitute des WCH mehr als 2.000 Mitarbeiter mit mehr als 1.000 Wissenschaft- lerInnen in Sachsen-Anhalt. Der WCH dient als Plattform, auf der innovative Ideen diskutiert und neue Forschungsvorhaben zwischen den einzelnen Partnern initiiert werden. Im Jahr 2013 haben die WCH- Mitglieder mehr als 100 nationalen Forschungsprojekte, mehr als 30 gemeinsame Projekte mit Partnern aus der Industrie und mehr als 25 internationale Forschungsprojekte durchgeführt. Neben anderen Projekten beteiligen sich Mitglieder des WCH an dem DFG Zentrum für Integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), einem DFG-geförderten Sonderforschungsbereich (SFB648), drei DFG-geförderten Forscher- gruppen (FOR891, FOR948, FOR1320), einem DFG-geförderten Schwerpunktprogramm (SPP1530) und dem vom BMBF geförderten Agrarforschungscluster CROPSENSe.

Die internationale Wettbewerbsfähigkeit der WCH-Mitglieder wurde in der ERA-CAPS Ausschreibung der EU bestätigt, mit der die länderübergreifende Forschung im Bereich der Pflanzenwissenschaften gefördert wird. Von 14 geförderten Forschungsprojekten werden drei EU-Projekte von Mitgliedern des WCH koordi- niert (siehe: www.eracaps.org/joint-calls/era-caps-funded-projects, diese sind: Gerste-NAM, MLU,

52 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 DURESTrit, IPK und HIP, IPB). Außerdem koordiniert das IAMO das EU-geförderte Forschungsprojekt ‘Compete’, eine Studie über den internationalen Vergleich der Lieferketten in der Agrar- und Ernährungs- wirtschaft.

Im Jahr 2013 wurden an den Einrichtungen der WCH-Mitglieder insgesamt mehr als 51 Mio. € für Forschung und Entwicklung eingesetzt. Es wurden mehr als 1.100 Peer-Review-Publikationen veröffentlicht und mehr als 80 Patente, Markenrechte und Lizenzvereinbarungen angemeldet. Die angegebenen Indikatoren bestä- tigen die erfolgreiche Arbeit der Mitglieder des WCH und bestätigen ebenso die außerordentlich starke Position sowohl auf nationaler als auch internationaler Ebene im Bereich der Pflanzenwissenschaften und der pflanzenbasierten Bioökonomie.

The research expertise of the ScienceCampus focuses on both life sciences and socio-economic sciences. The individual strengths of the institutes complement on another along the value chain of land use, plant production, plant processing and refinery and investigation of their socio-economic effects. A brief summary of expertise can be found below: Life sciences

■■ Molecular understanding of the adaptive and developmental processes of plants,

■■ Molecular understanding of tolerance of plants toward biotic and abiotic stress factors,

■■ Archiving, analysis and utilization of plant biodiversity,

■■ Sustainable and enhanced production of crop plants,

■■ Processing, modification and biotechnological production of high-value plant commodities used as food, feed, fiber and fuel as well as for the production of fine chemicals, cosmetics and pharma- ceuticals,

■■ Development of system solutions to improve the management of complex environmental systems and to tackle environmental issues Socio-economic sciences

■■ Investigation of the impact of general socio-economic conditions, institutions and policies on the development of the agricultural sector and agricultural markets,

■■ Analysis of price formation strategies as well as competition and marketing processes on agricul- tural management concepts and marketing strategies in the agricultural business as well as decision-making processes of consumers,

■■ Multi-perspective analysis of structural transition and integration processes in the extended EU

Currently, the member institutions of the ScienceCampus consist of more than 2,000 employees with more than 1,000 scientists in Saxony-Anhalt. The ScienceCampus provides a platform for discussing and putting forward innovative ideas in order to set up new research projects between the individual partners. In 2013, WCH institutions carried out more than 100 national research projects, more than 30 joint projects involving industry partners, and more than 25 international research projects. Among other projects, WCH members participate in the DFG-funded German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv), a DFG-funded Collaborative Research Center (SFB648), three DFG-funded Research Units (FOR891, FOR948, FOR1320), a DFG-funded Priority Program (SPP1530) and the BMBF-funded Agricultural Research Cluster CROPSENSe.

FORSCHUNG/ RESEARCH 53 The international competitiveness of WCH members was also confirmed in the recent EU ERA-CAPS-call to promote transnational research in plant sciences. Three EU projects out of 14 funded research projects are coordinated by members of the WCH (see: www.eracaps.org/joint-calls/era-caps-unded-projects, these are: BARLEY-NAM, MLU, DURESTrit, IPK and H.I.P., IPB). Moreover, IAMO is coordinating the EU-funded research project ‘Compete’, a study on the international comparison of product supply chains in the agro- food sector.

In 2013, member institutions of the WCH invested a total of more than 51 M € in research. As a result, more than 1,100 peer-reviewed scientific publications and more than 80 patents, trademark rights and license agreements were produced. Indicators confirm the successful work of the members of the ScienceCampus and furthermore attest to its extraordinarily strong position in the fields of plant sciences and plant-based bioeconomy both on a national and an international level.

Forschungsstrategie/Research Strategy

Die wissenschaftliche Strategie des WissenschaftsCampus basiert auf der Leitidee – Vom Molekül zur Gesellschaft. Sie ist auf drei Ebenen aufgebaut:

(1) Auf der Mikroebene werden interdisziplinäre Forschungsprojekte im Bereich der Bioökonomie unter- stützt. Diese Ebene beinhaltet einen Forschungsgradienten „Vom Molekül zur Gesellschaft“ und umfasst die folgenden drei Ebenen:

■■ Untersuchungen zur Funktion pflanzlicher Gene, Proteine, Metaboliten und Mikroorganismen um die pflanzliche Leistung zu verbessern

■■ Wachstum und Entwicklung von Pflanzen inklusive deren Interaktion mit Symbionten, Schadorga- nismen, Umweltentwicklung und Verarbeitung/Konversion von Produkten

■■ Sozioökonomische Strukturen der pflanzenbasierten Bioökonomie

(2) Auf der Mesoebene sollen die Ergebnisse aus den interdisziplinären Forschungsprojekte integriert und die Bedeutung und Verwertung der erzielten Erkenntnisse für die pflanzenorientierte Bioökonomie beurteilt werden.

(3) Auf der Makroebene soll schließlich eine gesellschaftliche und volkswirtschaftliche Bilanzierung von Innovationen und Innovationspotentialen in der pflanzlichen Bioökonomie durchgeführt werden. Dazu wird das Know-how aus den unterschiedlichsten wissenschaftlichen Disziplinen einschließlich der Agrarwissen- schaften, Biologie, Chemie, Biochemie, Biotechnologie, Informatik, Ingenieurwissenschaften, Wirtschafts- und Sozialwissenschaften genutzt, um die Fragen, die sich aus dem Übergang von einer auf Öl-basierenden Wirtschaft zu einer ‚grünen‘ Wirtschaften ergeben zu beantworten.

In der ersten Förderperiode wurden fünf Verbundprojekte und eine Nachwuchsgruppe direkt durch den WissenschaftsCampus Halle gefördert. Die Ergebnisse werden ab Seite 55 vorgestellt.

In der zweiten Förderphase (2015-2018) werden die bestehenden Forschungskooperationsprojekte fortge- setzt, bis zu einem maximalen Förderzeitraum von drei Jahren. Ausnahme stellt die Nachwuchsgruppe des WCH dar. Der WissenschaftsCampus unterstützt die Arbeit von Dr. Nico Dissmeyer für weiter vier Jahre. Darüber hinaus werden bis zu zehn neue transdisziplinären Forschungsprojekten gefördert, die derzeit begutachtet werden. Die Schwerpunkte der Forschungsförderung am WCH umfassen die folgenden drei Säulen:

54 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 Pflanzliche Primärproduktion

■■ Erhöhung der Erntemenge, der Ertragssicherheit und der Reduktion von Verlusten

■■ Verbesserung der Qualität von pflanzlichen Produkten d.h. wertgebenden Inhaltsstoffen für Ernährung, Gesundheit, Verarbeitung und Verwertung werden untersucht Verarbeitung/ Konversion

■■ Herstellen von Produkten aus Biomasse, insbesondere aus Abfällen und solchen Pflanzenteilen, die nicht in der Nahrungskette gebraucht werden

■■ Neue Wege für Klimaschutz und Ressourceneffizienz, grüne Produkte Sozioökonomie

■■ Berücksichtigung wirtschaftlicher Zusammenhänge und gesellschaftlicher Implikationen von ‚neuen‘ Produkten und Verwertung

PRIMARY PLA NT P R O D U C S T C I I O

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P R N OC IO ES RS SING/ CONVE

FORSCHUNG/ RESEARCH 55 The research strategy of the WCH – from molecule to society – is based on three levels:

(1) At the micro level, interdisciplinary support of research projects cover basic aspects of bioeconomy. This level comprises a research gradient from molecule to society, covering the following three tiers of studies:

■■ Function of genes, proteins, metabolites and microbes to improve plant performance,

■■ Growth and development of plants, including their interaction with pathogens,

■■ Symbionts and environmental cues, mechanisms of plant processing and refinery of high-value products

■■ Social and economic structure of the plant-based bioeconomy.

(2) At the meso level, the results of transdisciplinary research projects are integrated, and the significance and potential utilization of the obtained knowledge for plant-based bioeconomy are evaluated.

(3) At the macro level, the social and economic relevance and impact of bioeconomic innovations are inves- tigated and assessed. The research includes expertise from diverse scientific disciplines, including agricultural sciences, biology, chemistry, biochemistry, biotechnology, informatics, engineering, economics and social sciences, to address questions arising from the transition of an oil-based economy to a plant- based bioeconomy.

During the first funding period, five transdisciplinary research projects and one junior research group were directly funded by the ScienceCampus. For more details see the following pages.

During the second funding period (2015-2018), the existing research projects will continue until they have reached a maximum funding period of three years. The junior research group will be an exception; the support will continue. In addition, new transdisciplinary research projects, which are currently under review, will be launched later this year. The focus of research funding during the second phase will be placed on the following topics: Primary Plant Production

■■ Increasing yield, improving yield stability and reducing yield losses

■■ Improving quality of plant products, i.e. examination of value-adding ingredients for nutrition, health, processing and utilization Processing/conversion

■■ Manufacturing products from plant biomass, particularly from waste and parts of the plants which are not used in the food chain

■■ Breaking new grounds in climate protection and resource efficiency of ‘green products’ Socio-economics

■■ Examination and consideration of economic relationships and social implications of ‘new’ products and their utilization

56 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 Eigene Verbundforschungsprojekte/ Joint Research Projects at the ScienceCampus Halle

In der ersten Förderperiode wurden fünf Verbundprojekte und eine Nachwuchsgruppe direkt durch den WissenschaftsCampus Halle gefördert. Die Zwischenergebnisse werden nachfolgend vorgestellt.

During the first funding period five transdisciplinary research projects and one junior research group were directly funded by the ScienceCampus. For more details see below.

Pflanzenbasierte Innovationen und Klimawandel – Ein- schätzung und Bewertung risikobedingter unternehme- rischer Anpassungsprozesse sowie ihrer Wirkungen auf den Märkten/ Plant-based innovations and climate change – assessment and evaluation of entrepreneurial adaptations induced by risk and their effects on commo- dity markets

Dieses Verbundprojekt beinhaltet zwei Teilprojekte./ This joint collaborative project comprises two subprojects.

Teilprojekt 1: Ökonomische Strategien zur Anpassung an klimabedingte Risiken – eine sektorale und regionale Analyse der Pflanzenproduktion in Deutschland/ Subproject 1: Economic strategies for an adaptation to risks induced by climate change

Prof. Dr. Michael Grings, Denitsa Angelova (MLU); Prof. Dr. Thomas Glauben (IAMO)

Projekt Kurzzusammenfassung

Der Klimawandel, vom Zwischenstaatlichen Ausschuss über Klimaveränderung (IPCC) als eine dauerhafte Veränderung der statistischen Eigenschaften des Klimasystems definiert, wird vermutlich erhebliche Verän- derungen in der landwirtschaftlichen Produktivität verursachen. Die Richtung dieser Veränderungen und deren Ausmaß sind zurzeit unbekannt. Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, zu einem verbesserten Wissens- stand beizutragen. Aber wie fallen Produktionsentscheidungen innerhalb eines bestimmten Preisentwicklungsszenarios aus, wenn biophysikalische Größen variieren? Um diese Frage zu beant- worten, entwickeln wir ein neues Modell.

FORSCHUNG/ RESEARCH 57 Project summary

Problem background and objective

Reactions to the environmental changes associated with climate change are specific to plant species leading to disproportional changes in yields. The disproportionality might influence the relative profitability of crops depending on relevant price developments. Such changes in the natural and economic environ- ments are unlikely to be passively met by grain producers. It is far more likely they attempt to alter their behavior and adapt to the new circumstances in order to ensure their own prosperity. It is the adaptation behavior of grain producers to future environments we set out to investigate.

In that, the research project aims to make a methodical contribution to predicting a specific type of adaptive behavior expressed in gradually adjusting the crop strategy, the target output quantities of different crops, which are assumed homogeneous in breed, and the corresponding input use. We are trying to predict what will be produced in the future and how.

The proposed model

The central idea of the proposed model can be non-technically summarized as follows: observed agricul- tural outputs are represented as a function of biophysically determined yields, the raw crop yields determined by the natural environment, and the aspirations of the average grain farmer, the output quantities he should be striving to produce given the information available to him at the time.

The input quantities committed to production are interpreted as the ‘best move’ the average grain farmer can make given the information available – they are the cost effective way to produce the output quantities aspired to. The adaptation behavior of the grain producer arises from estimating the parameters of the production technology in every period and adjusting her production aspirations to what seems technologi- cally feasible as well as utility maximizing at the time. The input quantities, the cost effective way to achieve these production aspirations, follow directly from her aspirations levels through the production and cost structure. The model should be judged by its ability to predict the past.

Theoretical foundation

The model is theoretically founded in the state-contingent approach involves describing the uncertain future as production outcomes ys assigned to a finite number of mutually exclusive states of nature s. The objectively given state of nature s is perceived by an optimizing agent as occurring with probability πs. The agent adjusts her efforts in order to ex ante maximize her utility given certain technological and cost condi- tions. It can be thereby argued, that apart from being capable of accommodating individual decision-making under uncertainty, the state-contingent approach overcomes basic limitations to other approaches to production analysis in an uncertain environment by extending the formulation of production technology to a correspondence between inputs and potential outputs.

The state-contingent approach to uncer- tainty is combined with the hypothesis of adaptive price expectations, the idea that agents form their expectations for the future exclusively on the basis of what has happened in the past. The hypothesis is in

58 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 harmony with a subjective probability formation on the basis of the relative frequency of occurrence in the sample.

Data

The difference between the hectare crop yield values and the biophysically determined yields, observed at the geographically relevant experimental stations, of extreme importance to the research project. The type of data generally considered in our analysis, is noted in Figure 1.

Biophysical observations from agricultural experimental stations in Saxony Anhalt, Beetzendorf, Magde- burg und Gadegast, are being compared to accounting data from the corresponding agricultural regions– Altmark, Schwarzerde und Heiden.

Results

A methodical contribution has been made by suggesting to identify the states of nature by using biophysi- cally determined yields, setting them in relation to one another and using a clusterization algorithm to group yield values together. The clusters show the different states of nature. Agricultural outcomes are assigned to a certain state of nature according to which group the ratio of biophysically determined yields in that year belong to.

More importantly, a new and consistent framework to investigate adaptation behavior under climate change, which unifies notions from production economics and natural sciences, has been developed. Preliminary computational results are under peer investigation, partial results have been published in the following contributions:

Angelova (2014a) Statistical identification of nature-states within the state-contingent framework. Abstract Book of the FACCE MACSUR CropM International Symposium and Workshop: Modelling climate change impacts on crop production for food security. Oslo, 10-12 February 2014.

Angelova (2014b) The State-contingent Approach to Production and Choice under Uncertainty : Useful- ness as a Basis for Economic Modeling. Proceedings of the FACCE MACSUR Mid-term Scientific Conference. Sassari, 01-04 April 2014. 1-6.

Teilprojekt 2: Bioökonomische Innovationen und Politikfolgenab- schätzungen/ Subproject 2: Bio-economic innovations and regulatory impact analysis

Prof. Dr. Norbert Hirschauer, Prof. Dr. Peter Wagner, Sven Grüner (MLU)

Projekt Kurzzusammenfassung

Vor dem Hintergrund der zunehmenden Anforderungen an die Nutzung biologischer Ressourcen ist es für eine verlässliche Politikfolgenabschätzung bedeutsam, die Wirkung institutioneller Innovationen in der Primärproduktion verlässlich abschätzen zu können. Um das voraussichtliche Verhalten von Akteuren unter veränderten Rahmenbedingungen zu identifizieren, werden Unternehmensplanspiele durchgeführt. Die Studie liefert wertvolle Erkenntnisse zu den Verhaltenswirkungen von ökonomischen Anreizen (Gewinnwir- kungen), Risikoeinstellungen, intrinsischen Motiven (z.B. verinnerlichten Werten und Normen) sowie nicht-materiellen extrinsischen Anreize (z.B. sozialer Anerkennung).

FORSCHUNG/ RESEARCH 59 Project summary

Problem background

People are increasingly concerned about global population growth, the depletion of natural resources, environmental damage and climate change. Bio-economic innovations may help to meet these challenges. Such innovations include not only new technological and organizational solutions but also institutional inno- vations (regulatory change).

The design of apt regulatory systems which promote socially desirable outcomes requires the identification of external effects, the definition of precise political objectives, the conception of innovative regulatory approaches, and a reliable regulatory impact analysis which forecasts how humans adapt to changes in their socio-economic and legal environment. People may pursue multiple goals and, given their prefer- ences, may make suboptimal decisions caused by incomplete information and/or limited information-processing abilities (“bounded rationality”). In regulatory impact analysis, an exclusive reliance on narrow rational-choice models which are based on profit-maximizing and clear-sighted economic agents therefore generates the risk that both the pace and the type of behavioral adaptations to changing institu- tional environments are misjudged.

Objectives and methods

The research project aims to make a methodological contribution to a better understanding of the impacts of institutional innovations in primary production. In this context, the behavior of farmers is conceived of as resulting from multiple-goal bounded-rational decision-making. Against this background, the research project attempts to answer the essential question how economic and non-economic goals and bounded rationality affect human behavior in different contexts. With a view to regulatory impact analysis the project is aimed at answering the following crucial questions: First, in which situations are conventional rational- choice-models adequate to approximate the likely behavior of the economic actors in changed institutional environments? Second, in which situations does multiple-goal and bounded-rational behavior matter and what exactly causes the deviation from conventional rational choice predictions? These aspects are highly relevant for policy makers and regulators who search for adequate institutional innovations: Solely relying on rational-choice models may instigate regulators to rely on measures that are designed for economic agents that do not exist in reality. The costs of making such ill-informed regulatory decisions might be very high.

Against this background we carried out studies in which data were obtained from two different sources: surveys, on the one hand, and experiments in the form of incentivized business management games that approximate real behavior, on the other.

Results

The key results of the project are as follows:

■■ Weather-index insurances are innovative risk management instruments that – compared to conventional insurances – cause low administration and regulation costs and are not accompanied by moral hazard or adverse selection problems. Despite these advantages, farmers make little use of weather-index insurances as yet. In an experimental study, we find that bounded rationality provides an explanation for the missing willingness to adopt this type of insurance. Demand increased in the subsidization framing. This indicates that government funding is per se considered as a “quality signal” for economically superior actions that are adopted without an individual analysis of their relative competitiveness.

60 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 ■■ The Holt and Laury lottery is widely used to elicit risk attitudes. As noted in many studies, there is a problem of inconsistent choices. We find that simply dropping inconsistent subjects from the analysis may introduce another unknown bias since systematic differences may exist in the risk preferences of those who answer consistently and those who do not.

■■ The decisions of economic actors in their real-life contexts are too complex to be fully described by narrow rational-choice models which assume that people strive exclusively for profit and that they are fully informed about their relevant environment and have unlimited cognitive abilities. On the contrary, people pursue multiple goals (including altruistic ones) and use simple heuristics to overcome information-processing abilities. Multiple-goal as well as bounded-rational decision making have to be considered when assessing the likely behavioral changes of agents who are confronted with changing policies.

■■ Internet-based experiments have the potential to overcome to some extent the external validity problem, which is often a major concern in laboratory experiments. Internet-based experiments enable the experimental subjects to participate independently of location restrictions in their familiar environment.

■■ Due to the reduced opportunity costs, internet-based experiments enable the experimenter to increase the number of subjects in the study and even the subject pool (for instance, farmers instead of students of agriculture).

The results summarized above have been published in the following papers:

Fietz, A., Grüner, S. (2013): Die Bedeutung von Verhaltensdeterminanten für Regulierungsmechanismen in der Landwirtschaft und Nahrungsmittelproduktion. Tagungsband zur 23. Jahrestagung der Österreichis- chen Gesellschaft für Agrarökonomie (ÖGA) und zur 41. Jahrestagung der Schweizer Gesellschaft für Agrarwirtschaft und Agrarsoziologie (SGA), 12.-14. September 2013, Zürich, Schweiz: 117-118.

Grüner, S., Fietz, A. (2014): Chancen, Grenzen und Barrieren staatlicher Regulierungspolitik – Eine verhaltensökonomische Betrachtung unter Berücksichtigung des individuellen landwirtschaftlichen Unterne- hmerverhaltens. Schriften der GEWISOLA, Band 49 (Jahrestagung der GEWISOLA 2013): 3-14.

Grüner, S., Hirschauer, N., Mußhoff, O. (2015): Potenzial verschiedener experimenteller Designs für die Politikfolgenabschätzung. Schriften der GEWISOLA Band 50 (Jahrestagung der GEWISOLA 2014): in print.

Hirschauer, N., Musshoff, O., Maart-Noelck, S. C., Gruener, S. (2014): Eliciting risk attitudes – how to avoid mean and variance bias in Holt-and-Laury lotteries. Applied Economics Letters 21(1): 35-38.

Mußhoff, O., Grüner, S., Hirschauer, N. (2014): Muss man begrenzte Rationalität und heuristisches Entscheiden bei der Erklärung für die Verbreitung von Wetterindexversicherungen in der Landwirtschaft berücksichtigen? – Eine Untersuchung auf der Basis eines extra-laboratory Experiments. German Journal of Agricultural Economics 63(2): 67-80.

Mußhoff, O., Hirschauer, N. (2013): Planspiele als experimentelle Methode der Politikfolgenabschätzung: Das Beispiel der Stickstoffextensivierung. In Schriften der GEWISOLA, Band 48 (Jahrestagung der GEWISOLA 2012): 371-382.

Mußhoff, O., Hirschauer, N., Grüner, S., Pielsticker, S. (2014): Der Einfluss begrenzter Rationalität auf die Verbreitung von Wetterindexversicherungen – Ergebnisse eines internetbasierten Experiments mit Landwirten. Diskussionspapier Nr. 1409, Department für Agrarökonomie und Rurale Entwicklung, Univer- sität Göttingen.

FORSCHUNG/ RESEARCH 61 Sekundäre Inhaltsstoffe in Getreidekaryopsen als Quali- tätsmerkmal: Analyse potentieller gesundheitsfördernder Effekte sowie Verbraucherakzeptanz und Zahlungsbereit- schaft/ Secondary substances in cereals as quality attri- bute: Analysis of potential health-enhancing effects and consumers’ willingness to buy and willingness to pay

Dieses Verbundprojekt beinhaltet zwei Teilprojekte/ This joint collaborative project comprises two subprojects.

Projekt Kurzzusammenfassung

Ziel des gemeinsamen Projektes zwischen IAMO (Halle) und IPK (Gatersleben) ist die Evaluierung der gesundheitsfördernden Wirkung von Anthocyanen in Getreide und die Analyse der potentiellen Nachfrage für anthocyanhaltige Getreideprodukte. Das IPK (PI: Dr. Hans-Peter Mock) ist für die Erzeugung und Charakterisierung der Genotypen (Weizen, Gerste) verantwortlich. Dazu zählen phytochemischen Analysen des Pflanzenmaterials sowie molekulare und biochemische Untersuchungen von Genotypen. Das IAMO (PI: Dr. Ramona Teuber) befasst sich mit der potentiellen Kauf- und Zahlungsbereitschaft deutscher und russischer Verbraucher für anthocyanhaltige Getreideprodukte.

Teilprojekt 1: Analyse potentieller gesundheitsfördernder Effekte von Anthocyanen in Getreidekaryposen unter Nutzung von Kartierungs- populationen/ Subproject 1: Evaluation of the potential health ef- fects of anthocyanins in cereal grains by using mapping populations

PD Dr. Hans-Peter Mock, Patrick Marienhagen, Dr. Andrea Matros, Rongfan Wang (IPK)

Project summary

The major aim of this sub-project is to evaluate the potential of anthocyanin accumulating cereals to provide a healthy diet. Cereal seeds are used to generate food pellets and extracts for animal feeding experiments. Accessions are characterized biochemically and the eventual impact of anthocyanin accumulation on other seed traits is investigated.

Results obtained in 2014

The off-springs of a wheat mapping population were pooled to obtain bulks of anthocyan-containing and anthocyanin-free bulks. Then, comparisons of two seed pools were conducted to certify their difference focuses only on the accumulation of anthocyanins, but not on the contents of other metabolites. Therefore, targeted and non-targeted metabolic analyses were performed to demonstrate the metabolic equivalence of the bulks except their anthocyanins contents. We found only slight differences in primary compounds, amino acid contents and elemental composition between different bulks from the harvests of both 2012 and 2013. In addition, applying artificial aging treatments prior to the assays, germination percentages of four

62 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 wheat parent lines and corresponding bulks were compared. Differences of germination rates among purple-grained parent lines and yellow-grained parent lines were significant. However, the germination rates of the anthocyanins-rich and the antho- cyanins-free bulks did not differ. We tentatively conclude that anthocyanins do not have an effect on seed germination in our wheat accessions.

In total, anthocyanins from 21 different barley cultivars were quantified. A range of these genotypes had a dark pericarp Figure 1: Wheat bulks harvested such as hulled cultivar HOR 4802 but anthocyanins could not in 2013 be extracted. We hypothesized that extractable anthocyanin monomers were converted to insolutable phenolics such as proanthocyanidins during seed development. Considering both pericarp color and amount of extractable anthocyanins, four barley cultivars (presented in figure 2) were selected for further investigation. Metabolite analysis includes anthocyanins and proanthocyanidins. Transcriptional levels of related enzymes of biosynthesis pathways were studied. The results will provide an improved insight into associated biochemical and molecular networks within different developmental stages of the barley seeds. Work on this novel aspect will be continued in 2015.

Figure 2. Total anthocyanins amounts and corresponding seeds cross sections of four barley cultivars

Stability of anthocyanins during processing of cereal seeds is a major pre-requisite to generate appropriate nutritional products. In collaboration with the Hamburg University of Applied Sciences food processing experiments were performed. Using flour prepared from anthocyan-rich wheat seeds, cereal flakes were produced. The flakes and the flour were currently analysed for their profiles of anthocyanins and eventual degradation products. Results showed that 80 - 90 % of the anthocyanins were preserved during the processing (Willeke, Mock, Bauer, unpublished results).

Dissemination activities:

1) Poster with the title ‘Phytochmical characterization of cereals accumulating anthocyanins with potential health beneficial effects’ was presented during the annual student conference in Gatersleben and during the EUCARPIA-ITMI joint conference in Wernigerode in June 2014 (Rongfan Wang).

2) An oral presentation was given during the postgraduate workshop of the section ‘Pflanzliche Naturstoffe’ (Deutsche Botanishce Gesellschaft) 21.09.2014 Nürnberg (Rongfan Wang).

FORSCHUNG/ RESEARCH 63 Teilprojekt 2: Kauf- und Zahlungsbereitschaft von Konsumenten für Getreideprodukte mit erhöhtem Anthocyan-Gehalt/ Subproject 2: Consumers‘ willingness to buy (WTB) and willingness to pay (WTP) for anthocyanin-containing cereal products

Dr. Ramona Teuber, Dr. Irina Dolgopolova, Dr. Viola Bruschi (IAMO)

The subproject focuses on investigating consumers’ perception and acceptance of anthocyanin-rich cereal products, and their willingness to pay (WTP) for such products. It is especially investigated whether German and Russian consumers differ significantly in their acceptance and willingness-to-pay (WTP) for anthocya- nin-rich cereal products and in which way different information strategies lead to differences in WTP.

Results obtained in 2014

We analyzed the acceptance and willingness-to-pay (WTP) for anthocyanin-containing bakery products among young urban Russians using experimental auction data we collected in 2013 in Moscow and Irkutsk. By employing two different products in the experimental auctions, namely bread rolls (staple product) and biscuits (hedonic product), we investigate explicitly to which extent acceptance and WTP are product-spe- cific. The results show that in general participants have a positive WTP for the anthocyanin attribute, both for bread as well as for biscuits. This is already an important result since the only so far existing empirical evidence for consumer acceptance of and WTP for health-enhancing food in a post-Soviet country reported a negative WTP. Our results indicate further that participants who consider the healthiness of a product, its tradition and taste as most important factors in their food choice exhibit a significantly higher WTP for antho- cyanin. With respect to the role of the product our results highlight that on average consumers perceive the combination of anthocyanin with bread a better fit than anthocyanin with biscuits.

Besides the analysis of the Russian data, we conducted in collaboration with Prof. Andrea Bauer from the Hamburg Univer- sity of Applied Sciences sensory tests and experimental auctions for anthocyanin-containing bread. 131 students and staff participated in December 2014 in seven auction sessions. Four different bread types (conven- tional whole wheat bread, organic whole wheat bread, anthocyanin-containing whole wheat bread, spelt whole wheat bread) were rated and auctioned in three subsequent auction rounds. Two different informa- Figure 1: Test set for sensory evaluation tion strategies were employed to investigate the impact of different information on the WTP. Thus, we will not be only able to estimate WTP for the anthocyanin attribute itself but also to disentangle how much taste and how much health information contributes to willingness to pay estimates. The data analysis is in progress.

64 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 Dissemination activities:

1) A paper ‘Consumers’ Perception of Functional Foods in Germany and Russia: Qualitative Comparative Study” was accepted for oral presentation at the Global Food Symposium, in Goettingen on 25-26 April 2014.

2) Presentation ‘Secondary substances in cereals as quality attribute: analysis of potential health enhancing effects and consumers’ willingness-to-buy and willingness-to-pay’, at the ScienceCampus, International Bioeconomy Conference ‘Bio meets economy - Science meets industry’, Halle, 22.05.2014 - 23.05.2014.

3) A poster has been presented at the WissensWerte 2014

4) A paper entitled ‘Consumers’ Perceptions of Functional Foods: Trust and Neophobia in a Cross-Cul- tural Context‘ has been submitted to the International Journal of Consumer Studies and is currently under review.

5) A paper ‘Modelling Consumer Preferences for Novel Foods: Random Utility and Reference Point Effects Approach’ is under review for publication in Pinto A. & Zilberman D. (eds.) Modelling, Dynamics, Optimization and Bioeconomics II.

Innovationsnetzwerke in der pflanzenbasierten Bioökonomie/ Inno- vation networks in the plant-based bioeconomy (pBE)

Dr. Wilfried Ehrenfeld, Frieder Kropfhäußer (Halle Institute for Economic Research) in Cooper- ation with the Leibniz-Institute of Plant Biochemistry and OntoChem GmbH

Projekt Kurzzusammenfassung

Innovationen in der pflanzenbasierten Bioökonomie erfolgen häufig in regionalen Innovationsnetzwerken, denen Unternehmen, Wissenschaftseinrichtungen und Verbände angehören. Für deren Zustandekommen und Entwicklung sind Kenntnisse über die Akteursstrukturen erforderlich. Das Projekt hat diese Strukturen für die drei mitteldeutschen Länder analysiert und gezeigt, dass Sachsen-Anhalt im Vergleich zu Sachsen und Thüringen einen höheren Akteursanteil aufweist, mit einer besonderen Konzentration in Halle. Im Unternehmensbereich dominieren wie in Mitteldeutschland insgesamt Kleinst- und Kleinunternehmen..

Project summary

Motivation and research team

It is not contested that the plant-based bioeconomy (pBE) is one of the key industries of the 21st Century. It is already foreseeable today that there is a need to draw upon non-fossil resources to ensure the steadily growing global demand for feed, food and energy. Many pharmaceutical and chemical products based on crude oil, such as pharmaceutical building blocks, food additives, fine chemicals, or even bulk products like plastics and fuels, can just as well be provided on the basis of plant-based biomass. Given the importance of plant-based resources and production technologies for the economic prosperity of countries it is all the more astonishing that we still have no clear idea of how the pBE industry is composed and what factors affect the generation of novelties. Or to put it more precisely, it is still widely unexplored which firms and

FORSCHUNG/ RESEARCH 65 organizations are located at the very heart of the industry and how R&D partnerships and innovation network involvement affects the innovative performance of the actors involved. In order to shed some light on these issues, an interdisciplinary research team was set up composed of economists from the Halle Institute for Economic Research (IWH), biochemists from the Leibniz Institute of Plant Biochemistry (IPB), and computer specialists from the OntoChem GmbH. The project team comprised a small group of researchers. Content-based expertise in the broad field of plant-based bioeconomy was provided by Prof. Ludger Wessjohann (IPB). Dr. Jutta Günther (IWH), Dr. Muhamed Kudic and Dr. Wilfried Ehrenfeld were responsible for the project coordination. Frieder Kropfhäußer (IWH) filled a project-related PhD position funded by the WCH from January 2013 till March 2014. Last but not least, expertise on data mining tech- niques and ontologies was provided by specialists from the OntoChem GmbH.

Insights on the pBE actors – a prerequisite for understanding and supporting innovation networks

The ability to create innovations constitutes an important source of competitiveness in high-tech industries. By now it is well-recognized that the generation of innovation does not occur in isolation. Previous empirical studies in sociology (Powell et al., 1996), management science (Baum et al. 2000; Inkpen and Tsang 2005) and economics (Pyka 1997; Fornahl et al. 2011) have demonstrated the collective nature of innovation processes. Firms increasingly make use of new organizational forms by establishing R&D partnerships and occupying strategic positions in the industry’s innovation network in order to keep pace with competitors. A precise definition of the technological, scientific and economic areas forming the pBE is still missing but a necessary prerequisite to gain insights on the structural configuration of the pBE sector. So far, there is no precise inventory of companies and research institutions operating in this new area. Therefore, a main objective of this research project was to identify the firms and other organizations, which comprise the pBE. Gaining knowledge about the pBE actors is of particular relevance in regions which underwent the transition from a centrally planned economy to a market economy. Usually these regions suffer from weak technolo- gy-driven private entrepreneurial activities whereas the public R&D sector is relatively better situated. In such a situation, public policy often tries to spur new technologies by strengthening public research facili- ties. Against this background, the empirical investigation covers the so called Central German Region, consisting of the federal states of Saxony-Anhalt, Saxony and Thuringia. Saxony-Anhalt, for instance, regards the bioeconomy, food and agriculture as an important part of its Regional Innovation Strategy.

Data and methods

On the firm level the focus was laid on firms and organizations in the agriculture, energy, chemical and pharmaceutical industry. Therefore member lists of industry organizations and trade directories were explored. Actors involved in the pBE were identified using advanced keyword based search routines on a comprehensive set of catchwords containing pBE relevant inputs, outputs and technologies. Once a complete list of relevant actors was established, firm characteristics were matched using other external data sources (Amadeus database).

Findings

After data acquisition and processing, a descriptive analysis of the collected data was carried out on companies, research institutions and associations operating in pBE. Results have been published in Ehren- feld and Kropfhäußer (2014). In this paper the status of the pBE in the three states of Central Germany - Saxony, Saxony-Anhalt and Thuringia was outlined – and compared to German pBE as a whole, using data as of 2013. An in-depth look was taken at the different sectors and the industries involved, the location and age of the enterprises.

In Central Germany, Saxony-Anhalt hosts, due to this study, the greatest absolute number and proportion of pBE actors (80 out of 183 actors respectively 43.72 %) compared to the two other federal states under consideration. Similar to the other states, enterprises represent the majority of actors in Saxony-Anhalt (61 respectively 76.25 %). 9 out of 80 (11.25 %) are departments from universities or universities of applied

66 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 science, 7 (8.75 %) are research institutes and 3 (3.75 %) are associations. The proportion of public pBE actors is slightly higher in Saxony-Anhalt compared to Saxony and Thuringia. To illustrate, 50 % of the non-university research institutes involved in pBE are located in Saxony-Anhalt. In Saxony-Anhalt, the largest group of actors (19) is located in Halle. Regarding the enterprises in Saxony-Anhalt belonging to pBE, 29 out of 56 represent micro-enterprises employing 1-9 persons, further 18 are small (10-40 employees), i. e. the share of these two size groups is 84 % and, thus, slightly higher compared to 82.73 % on average in Central Germany. The predominance of microenterprises and small enterprises points to specific challenges when it comes to science-industry relations. Though the findings show that Central Germany possesses potentials for the development of pBE, the comparison to Germany as a whole shows that individual West German states (e. g. Bavaria and North Rhine-Westphalia) host a greater proportion of pBE actors as it is given in Central Germany as a whole.

References :

Baum, J. A., Calabrese, T., Silverman, B. S. (2000): Don’t go it alone: alliance network composition and startup’s performance in Canadian biotechnology. Strategic Management Journal, 21 (3), pp. 267-294.

Ehrenfeld, W., Kropfhäußer, F. (2014): Plant-based Bioeconomy in Central Germany - Mapping of Actors, Industries and Places. IWH Discussion Papers 7/2014.

Fornahl, D., Broekel, T., Boschma, R. (2011): What drives patent performance of German biotech firms? The impact of R&D subsidies, knowledge networks and their location. Papers in Regional Science, 90 (2), pp. 395-418.

Inkpen, A. C., Tsang, E. W. K. (2005): Social Capital, Networks, and Knowledge Transfer. Academy of Management Review, 30 (1), pp. 146-165Powell, W. W., Koput, K. W. & Smith-Doerr, L. (1996): Interorgan- izational Collaboration and the Locus of Innovation: Networks of Learning in Biotechnology. Administrative Science Quarterly, 41 (1), pp. 116-145.

Powell, W. W., Koput, K. W. & Smith-Doerr, L. (1996): Interorganizational Collaboration and the Locus of Innovation: Networks of Learning in Biotechnology. Administrative Science Quarterly, 41 (1), pp. 116-145.

Pyka, A. (1997): Informal networking. Technovation, 17 (4), pp. 207-220.

Optimierung der Effizienz der Biomassebildung von Kulturpflanzen - Optionen und Strategien (OEKOS)/ Optimising the Efficiency of Biomass Formation of Cultivated Plants - Options and Strategies: A Model Based Analysis and Assessment System for Plant Based Bioeconomy (OECOS)

Dr. J. Müller (MLU), Prof. Dr. F. Schreiber (IPK)

Projekt Kurzzusammenfassung

Auf der Grundlage gekoppelter, multiskalierter dynamischer Modelle der Biomasse- und Ertragsbildung wurde der Prototyp eines Simulationssystems entwickelt, mit dem zukünftig optimale Strategien für eine Verbesserung der Nutzpflanzen durch die Pflanzenzüchtung und/oder biotechnologische Verfahren identi-

FORSCHUNG/ RESEARCH 67 fiziert werden sollen. Damit erhalten Paradigmen wie das „Breeding by design“ eine wissenschaftlich fundierte Basis. Eine aktuelle Simulationsstudie untersucht verschiedene Alternativen zur verbesserten Anpassung von Kulturpflanzen an die Bedingungen des Klimawandels, insbesondere im Hinblick auf die erforderliche Verbesserung der Wassernutzungseffizienz..

Project summary

A multi-scale dynamic plant model was developed (prototype version) that may be used in simulation studies for identifying most successful strategies to improve biomass formation by means of conventional plant breeding and/or bio-technology. The model combines sub-models of photosynthesis, metabolic networks, allocation of main carbon and nitrogen compounds, and formation of plant biomass and yield (see 2014 Annual Report). The Simulink software (The Mathworks®) was used to establish an effective simulation environment.

The formulation of the model is universal such that it may be specified for different crops. Here, the model was adapted for spring barley based on experimental data.

Below we present some examples of our current simulation studies which address alternative strategies to improve plant adaptation to climate change. First, as a reference the time courses of dry mass (g plant -1), transpiration rate representing the water demand (kg plant -1), and of the transpiration coefficient (ratio of plant transpiration rate to plant dry mass formation; kg/kg) were simulated for the present climatic condi- tions (Fig. (1) – (3)). water / kg mass Biomass (g/plant) Transpiration coeff. (kg (kg coeff. Transpiration Water demand (kg/plant) Water Day after plant emergence Fig. (1) – (3). Simulated biomass formation, plant water demand, and ratio of plant water demand

to plant dry mass formation. Ambient CO2-concentration Ca = 0.039 vol-%; other inputs from a recording of typical weather data in Saxony-Anhalt.

Biomass (g/plant) (kg water/kg mass Transpiration coeff. coeff. Transpiration Water demand (kg/plant) Water Day after plant emergence

Fig. (4) – (6). Simulations as above, but assuming an increased ambient CO2-concentration of Ca = 0.045 vol-% and an increase of air and leaf temperature by 2 K. However, with increasing ambient

CO2-concentration photosynthesis rate may be down-regulated due to a reduction of the efficiency of CO2-fixation by Ribulose-(1,5)-Bisphosphate Carboxylase/Oxygenase (RuBisCO). Assuming a drop in maximum carboxylation rate by 20%, the pattern might change as given by Fig. (7) – (9).

68 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 To simulate the effect of the predicted change of the environment, we repeated the simu¬lation, assuming an increase of ambient CO2 concentration approaching Ca = 0.045 vol-% and an increase of air and leaf temperature by 2 K. The results (Fig. (4) – (6)) show that biomass and yield, plant leaf area (not given) and transpiration will increase. However, the relative increase in transpiration is higher than that of biomass, thus leading to an increase of the transpiration coefficient as well (i.e. to a decrease in water use efficiency, WUE). water / kg mass Biomass (g/plant) Transpiration coeff. (kg (kg coeff. Transpiration Water demand (kg/plant) Water Day after plant emergence

Fig. (7) – (9). Simulations as for Fig. (4) – (6), drop in maximum carboxylation rate: 20 %.

As may be seen, a down-regulation of RuBisCO activity by 20% might compensate almost completely for the positive effect of increased CO2 on biomass formation, whereas the water demand would be reduced to a lesser extent.

Since climate change is predicted to be accompanied with a reduction of precipitation in spring and summer, plants with a reduced water demand would be better adapted to those conditions. We simulated two different alternatives to approach this goal: creating plants with (1.) smaller leaves (reduced investment of assimi- lated carbon into the formation of structural leaf carbohydrates or formation of thicker leaves) or (2.) reduced stomatal conduc¬tance (i.e. reduced stomatal frequency per leaf area). As expected, simulations for the first case showed that the reduction in leaf assimilation area would lead to a substantial reduction of biomass formation as well (simulations not shown). In contrast, the second approach (Fig. (10) – (12)) would be the better alternative leading to larger relative reduction in plant water demand as compared to that in biomass formation. This would result in a decreased transpiration coefficient, i.e. increased WUE, which is of advan- tage at less water availability. water / kg mass Biomass (g/plant) Transpiration coeff. (kg (kg coeff. Transpiration Water demand (kg/plant) Water Day after plant emergence

Fig. (10) – (12). Simulations as for Fig. (7) – (9), reduction of stomatal conductance: 20 %.

In conclusion it may be stated that the example presented here shows that the simulation model may be used successfully in accessing quantitatively the most promising strategies to increase the performance of cultural plants, in particular under conditions of climate change. To further improve the informative value of the approach, several model components have to be further developed in future.

FORSCHUNG/ RESEARCH 69 Biotechnolgische Synthese pflanzlicher Phenylpropanoide als Aus- gangsmaterialen für Pharmazeutika, Aromastoffe und Polymere/ Biotechnological synthesis of plant phenylpropanoids as the starting material for pharmaceuticals, flavors and polymers

Prof. Dr. Markus Pietzsch (MLU), Prof. Dr. Ludger Wessjohann, Susanne Riemer-Köhler (IPB)

Bild des modularen Durchfluss Systems (a) mit einzelnen reak- tionsspezifischen Enzymmodulen (b)

Projekt Kurzzusammenfassung

Es konnte ein zellfreies Modulsystem für die Kaskadensynthese von Phenylpropanoiden entwickelt werden. Als Beispiel wurde ein Leitfaden für die Synthese von Vanillin – die weltweit wichtigste pflanzliche Aroma- komponente – in vitro konstruiert. Ein Satz von acht Enzymen (inklusive Katalysatoren für die Regenerierung von Co-Faktoren) wurde für die fortlaufende Umsetzung vom Ausgangsstoff p-Kumarsäure bis hin zum Geruchs- und Geschmacksstoff Vanillin verwendet.

Weiterhin konnte durch rationales Design eine Flavin abhängige Monooxygenase aus Escherichia coli so optimiert werden, dass eine Vielzahl an Substraten, u.a. auch sterisch anspruchsvolle, hydroxyliert werden konnten.

Project summary

Part A - A Modular Cell-Free Multi-Enzyme Cascade for Vanillin Synthesis

Vanilla is one of the most used flavors in the world and is applied in many types of industry. The flavor and fragrance profile is a complex system, with vanillin (4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde) as the key compo-

70 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 nent. For the production of 1 kg of vanillin, 500 kg of vanilla pods are required and only 1 % of the annual demand can be satisfied using this natural source.

In the past, different approaches for pathway engineering in genetically modified organisms were used to produce vanillin from phenylpropanoid precursors (e.g. ferulic acid) or from metabolic intermediates in vivo. However, the cytotoxic activity of vanillin restricts the yields that are available using living cells as biocata- lyst.

Fig. 1. Modular multi-enzyme system for the transformation of plant phenylpropanoids. Enzymes are immobilized with adjusted activities in modules which include also cofactor (re-)generation and byproduct removal. Each cartridge serves a certain transformation, and cartridges can be combinatorially organ- ized to lead to certain products, in this case vanillin. Unique is the oxidation step, an aromatic hydrox- ylation not based on P450 enzymes, and a novel SAM-Synthase for the methylation step that is not prone to product inhibition: “Rationally engineered variants of S-adenosylmethionine (SAM) synthase: reduced product inhibition and synthesis of artificial cofactor homologues” M. Dippe, W. Brandt, H. Rost, A. Porzel, J. Schmidt, and L. A. Wessjohann, Chem. Commun. 2015, 51, 3637-3640.

The crucial challenge lies in the adaption of different enzyme characteristics to work in one medium, and to accommodate for cosubstrates.

We were able to show that a cascade of eight immobilized biocatalysts – including enzymes for efficient cofactor supply and by-product removal – is suitable for the synthesis of vanillin (4). In principle, this kind of modular system is also applicable for the production of other types of phenylpropanoids: it is advantageous if starting material, intermediates or products display high toxicity or lack orthogonality to an organism’s basic metabolism in life whole-cell biocatalytic systems. It can be easily extended for combinatorial syntheses of (non-natural) derivatives, e.g. by addition of further modules for modification reactions such as prenyl or glycosyl transfer.

Part B - Rational Engineering of a FAD-dependent Monooxygenase to Hydroxylate Plant Phenolics and Alkaloids

4-Hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase (4HPA3H), a flavin-dependent monooxygenase from Escherichia coli that catalyzes the hydroxylation of monophenols to catechols, was optimized for conversion of bulky plant natural products by rational re-design. Selected amino acid positions in the binding pocket of the aromatic substrate were exchanged by residues from the homologous protein from Pseudomonas aerugi- nosa, yielding variants with improved conversion of spacious substrates such as plant flavonoids and alkaloids. The optimized variants were strictly regiospecific and reactions proceeded without generation of by-products.

FORSCHUNG/ RESEARCH 71 Nachwuchsgruppe/ Junior Research Group

Pflanzliche Proteinqualitätskontrolle - Bedeutung der Er- kennung und Stabilität von Proteinen/ Protein Recognition and Degradation

Dr. Nico Dissmeyer, Independent Junior Research Group of the ScienceCampus Halle, Leibniz Institute of Plant Biochemistry (IPB) Halle

Projekt Kurzzusammenfassung

Eiweißstoffe (Proteine) sind essentielle Bestandteile aller Zellen und funktionieren als Bau- und Bo-tenstoffe, Energiespeicher und biochemische Katalysatoren (Enzyme). Für die jeweiligen Funktio-nen sind Menge und Konzentration der Proteine entscheidend sowie die dreidimensionale Form, ihre Faltung. Nur, wenn diese Parameter genauestens kontrolliert werden, können die zellulären Stoffwechselwege und weitere Funktionen korrekt ablaufen. Dazu gehören u.a. generelles Pflan-zenwachstum und -entwicklung, aber auch die Resistenz gegenüber Umweltstress wie Überflutung, Hitze und Trockenheit.

Project summary

Molecular and functional analysis of protein recognition and degradation in plants

Proteins belong to the fundamental equipment of each organism’s cell and play crucial roles in nu-merous biochemical and cell biological contexts. They are only able to function properly if their abundance and shape are correct. Protein folding is a major determinant of their stability and func-tion, thus it is vital to know degradation mechanisms of proteins that need to be destructed and how intracellular protein abun- dance is controlled. Protein quality control (PQC) is necessary to respond to endogenous physiological cues and to environmentally harsh conditions (Figure 1). Erroneous PQC may lead to improper responses to biotic and abiotic stress in plants. Biotic and abiotic stimuli like drought, salinity, extreme temperatures, heavy metals, pathogen infection and chemicals lead to osmotic and oxidative stresses. These may irre- versibly damage proteins by misfolding during formation and thus compromise the entire cell. Abiotic stress

Figure 1. A defective N-end rule pathway leads to altered responses to the environment. N-end rule mutant plants (two of the three populations of the left) strongly react to intensive light irradiation by premature aging compared to the wild type (right) with proper proteostasis.

72 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 Figure 2. Plants lacking N-end rule pathway function- ality (right) might be impaired by protein substres which are degraded under normal conditions in the wild type (left).

is considered to be the primary cause for adverse protein folding in plants and leads to a reduction of the average yields for major crop plants by more than 50% worldwide. Therefore, it represents a serious threat to agriculture and also the environment.

Special emphasis of our research lies on the so-called N-end rule pathway of targeted protein deg-radation (NERD). In plants, only little is known about its biological function, although mutations ad-versely influence cell proliferation, plant development and ageing, organ growth, and seed germina-tion (Figure 2). In our lab, we set out to identify and characterize enzymatic NERD components both on biochemical and physiological level and assign their physiological substrates.

Plant PQC was shown to be important in breakdown of storage reserves in seeds, enabling germination, growth and seedling establishment. Noteworthy, the presence of functional plant proteins becomes increas- ingly relevant from a bioeconomical point of view as one of the premier storage units for energy, hallmarks of plant environmental stress tolerance, and plant-based biotechnological protein production. We have developed a transgenic in vivo protein stability reporter system as a molecular tool that allows screening for mutants defective in PQC and combine genetics, cell biology and state-of-the-art biochemistry. As experi- mental model system, we are using Arabidopsis thaliana, currently the best-understood plant organism, by combining genetics, cell biology and state-of-the-art biochemistry.

A long-term goal is to understand the biological significance of plant PQC in the context of development and biotechnology by elucidating protein quality checkpoints and proteostatic control in general, but also focused on plant yield and stress signalling.

NERD – the N-end rule pathway of targeted protein degradation

NERD has the capacity of targeted recognition and removal of proteins that are flagged by specific destruc- tion signals, so-called degrons. In several studied model systems, NERD functions include the control of chromosome segregation, DNA repair, apoptosis, meiosis, and diverse developmental processes.

Despite its clear involvement in cardinal cellular functions, in plants, NERD is poorly understood and only few biological roles were uncovered. However, it is known that this pathway comprises a hier-archical cascade of protein modifiers with multiple possible levels of regulation. Only recently, it has been identified as a major determinant for flooding tolerance in plants, amongst them highly im-portant crops suchas

FORSCHUNG/ RESEARCH 73 barley and rice. In Arabidopsis, NERD is required for seed ripening, lipid breakdown and germination. More- over, plant NERD regulates leaf and shoot development, flower induction, cell division, and possibly plant-pathogen interaction (Figure 3). Most of these factors are – besides the general control of protein stability and abundance – highly important traits in agricul-ture. To date, the underlying molecular wiring remained obscure.

Figure 3. N-end rule pathway – Requirement and biological functions still to uncover. Wild type (left) and N-end rule mutant plants (right)are affected in growth and development at various stages of a plant‘s life.

Our laboratory work is mainly focused on genetical and protein biochemical studies of enzymatic NERD components (E3 Ubiquitin ligases, arginyl-transferases, and amidases), their substrate pro-teins as well as biotechnological applications of NERD in plants. Moreover, we have successfully implemented a tempera- ture-dependent protein accumulation technique in plants which relies on protein stability modulated by NERD. By using this technique, we can accumulate or deplete a spe-cific artificial target protein fusion in living plants. This approach aims at the manufacture of plant-based molecules of interest, e.g. of proteins or chemical compounds that can be used in industrial or pharmaceutical biotechnology (Figure 4).

Figure 4. Plant leaf hairs – one of the favorite reaction compartments for synthetic biology in plants

74 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 FORSCHUNG/ RESEARCH 75 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 Lehre Teaching Lehre/ Teaching

Der WissenschaftsCampus Halle hat es sich zum Ziel gemacht die Lehre und Ausbildung von Studenten und Doktoranden auf dem Gebiet der Pflanzen Bioökonomie zu stärken. In der Martin-Luther-Universität gibt es neben den klassischen Studiengängen wie Biologie, Chemie, Biochemie oder den reinen Wirt- schaftswissenschaften auch die Möglichkeit sich bereits während des Grundstudiums dem Thema Bioökonomie zu nähern. Der Bachelor Agrarwissenschaften vermittelt hier Wissen in den Pflanzenbauwis- senschaften, Nutztierwissenschaften sowie Wirtschafts- und Sozialwissenschaften und der Bachelor Management natürlicher Ressourcen vermittelt grundlegenden Kenntnissen über die Umweltkomparti- mente Wasser, Boden und Pflanze und deren Zusammenspiel. Darauf aufbauend kann man an der MLU zwei Masterstudiengänge belegen. Der Master- Agrarwissenschaften hat das Ziel die Kenntnis aus dem dazu gehöhrenden Bachelor weiter zu vertiefen und auszubauen. Zusätzlich bietet die Universität den Master Nutzpflanzenwissenschaften an, der ein exzellentes Bindeglied zur pflanzenbasierten Bioökonomie darstellt. Dieser Studiengang wendet sich vor allem an Absolventinnen und Absolventen der Bachelor- Studiengänge Agrarwissenschaften, Biologie und Biochemie und hat zum Ziel, vertiefte Kompetenzen zur grundlagenorientierten Nutzpflanzenforschung zu vermitteln. Die Studierenden sollen ein breites Fach- und Methodenwissen erwerben und dadurch befähigt werden, später erfolgreich in Forschungs-, Beratungs- und Leitungsfunktionen und als Entscheidungsträger tätig zu sein. Zu den fachlichen Zielen gehört insbesondere, die Fähigkeit zur Analyse und Steuerung des Wachstums und der Entwicklung von Nutz- pflanzen zu erwerben. Dazu werden Schwerpunkte auf pflanzenphysiologische, phytopathologische und genetische Fragestellungen gelegt. Die Ausbildung reicht von der molekularen über die zelluläre und orga- nismische bis zur ökosystemaren Ebene.

Des Weiteren gibt es 13 gemeinsame Berufungen zwischen der MLU und den ansässigen Leibniz-Insti- tuten. Diese sehr hohe Anzahl, ermöglicht es in besonderer Weise die universitäre und außeruniversitäre Forschung und Lehre vor allem auf diesem Themengebiet zu vernetzen. Davon profitieren die Studenten durch international renommierte Forscherpersönlichkeiten als Dozenten und die Möglichkeit ihre Abschluss- arbeit an einer der anerkannten Außeruniversitäre Forschungseinrichtungen zu schreiben.

Um die strukturierte Ausbildung von Doktoranden zu fördern, gibt es unter dem Dach des Wissenschafts- Campus Halle derzeit zwei internationale Leibniz-Graduiertenschulen Die Leibniz Graduiertenschulen bieten Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftlern optimale Bedingungen für eine Promotion. Sie können an strukturierten Promotionsprogrammen teilnehmen, werden intensiv betreut sowohl von Seiten der Universität, als auch von Seiten der jeweiligen Leibniz-Einrichtung und können an internationalen Tagungen teilnehmen. So soll jungen Forschern die Möglichkeit gegeben werden, in einem exzellenten kooperativen und transdisziplinären Forschungsumfeld eine Dissertation von höchster Qualität anzufertigen.

78 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 The ScienceCampus Halle has set the goal of strengthening the teaching and training of undergraduate and graduate students in the field of plant-based bioeconomy. Currently, the University of Halle-Wittenberg offers an array of bachelor’s and master’s degree programs relating to the field of plant-based bioeconomy. In addition to classical fields of study such as biology, chemistry, biochemistry or pure economics, there is also the possibility to study Agricultural Sciences, Management of Natural Resources and Crop Plant Sciences. The bachelor’s and master’s degrees in Agricultural Sciences impart knowledge in agronomy, animal sciences and economic and social sciences. The master’s course Management of Natural Resources provides basic knowledge of the environmental compartments of water, soil and plants and their interaction. The University of Halle offers two complete master’s programs.

The master’s course Crop Plant Sciences provides an excellent link to plant-based bioeconomy. This course is primarily targeted to graduates of bachelor’s programs in agronomy, biology and biochemistry with the aim of acquiring in-depth skills and detailed knowledge in basic research-oriented crop plants. The students are expected to acquire a broad technical and methodological knowledge enabling them to work in leading positions and as decision-makers in the fields of research, consulting and management. The main objective is to develop the abilities of analyzing and controlling the growth and development of crop plants. Focus is on plant physiology, phytopathology and genetics. The training programs range from the molecular to the cellular level and from organisms to the ecosystem level.

Currently, there are 13 joint appointments between the MLU and the resident Leibniz institutes. This number allows the university and Leibniz research institutes to work closely together with regard to teaching and research. Thus, students are able to benefit from this close and broad-reaching cooperation by getting in contact with internationally renowned teachers, supervisors and researchers. The following table provides a list of the current joint appointments.

Additionally, two international Leibniz Graduate Schools promote structured doctoral training under the umbrella of the ScienceCampus Halle. The Leibniz Graduate Schools provide young scientists and young researchers with optimal conditions for writing a doctoral thesis. The students have the opportunity to participate in structured doctoral programs and get intensive support from both the university and the respective Leibniz institute. Thus, young researchers have excellent opportunities to write their thesis under the best possible conditions in an excellent atmosphere of collaboration and trans-disciplinary research

LEHRE/ TEACHING 79 Stipendien/ Grants

Auf Initiative des WCH konnten im vergangenen Jahr zwei Industriestipendien für Masterstudierende eingeworben werden. Zum einen wurde gemeinsam mit der Syngenta Seeds GmbH und zum anderen mit der Bayer CropScience AG ein Stipendium für den Masterstudiengang Nutzpflanzenwissenschaften ausge- lobt. Als erster Stipendiat von Syngenta konnte sich Norman Philipp über die finanzielle Unterstützung für sein zweijähriges Masterstudium freuen. Philipp hatte sich während seines Bachelorstudiums durch hervor- ragende Leistungen auf dem Fachgebiet Pflanzenzüchtung ausgezeichnet. Er wurde nach der Nominierung durch die Professur für Pflanzenzüchtung, Prof. Dr. Klaus Pillen, in einem Bewerbungsverfahren von Syngenta ausgewählt. Das Stipendium entspricht dem Bafög-Höchstsatz (derzeit 670,00 € pro Monat). Es umfasst außerdem ein zweimonatiges Betriebspraktikum sowie eine Masterarbeit in Absprache mit Syngenta. Die in Bad Salzuflen ansässige Syngenta Seeds GmbH ist eines der international führenden Unternehmen für Pflanzenzüchtung. Zum anderen fördert nun auch die Bayer CropScience AG den Nach- wuchs der halleschen Pflanzenzüchtung mit ähnlichen Konditionen. Hier wurde Ulrike Beukert als Stipendiatin ausgewählt.

Stipendienübergabe/ Grants handover - © WCH/ Markus Scholz

Prof. Pillen ist Sprecher des WissenschaftsCampus Halle (WCH) und hat sich als solcher das Ziel gesetzt, die Lehre und Ausbildung von Studierenden im Bereich der pflanzenbasierten Bioökonomie voranzu- bringen. „Durch die gezielte Nachwuchsförderung sollen exzellente Studierende motiviert werden, ihre Kenntnisse im Bereich der Pflanzenzüchtung sowie der Bioökonomie zu vertiefen. Die Stipendien sind ein wichtiger Schritt, um die Lehre und Ausbildung von zukünftigen Fachkräften im Bereich der pflanzenba- sierten Bioökonomie in Sachsen-Anhalt zu stärken“, sagte Prof. Dr. Klaus Pillen. Im Land Sachsen-Anhalt sind zahlreiche Agrarunternehmen mit Ausrichtung Pflanzenzüchtung ansässig. Der Bedarf an fähigem, wissenschaftlichem Nachwuchs im Bereich der Bioökonomie ist somit vorhanden.

Es ist geplant, diese Förderung längerfristig zu gestalten und die Stipendien regelmäßig auszuloben. Darüber hinaus sind weitere Kooperationen zur Nachwuchsförderung mit der Agrarindustrie in Planung.

80 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 Stipendienübergabe/ Grants handover © WCH

On the initiative of the WCH, two industrial scholarships for master’s students were raised last year. Schol- arships for the Crop Sciences master’s degree program were awarded in cooperation with the Syngenta Seeds GmbH and with the Bayer CropScience AG. The first scholarship holder, Norman Philipp, was delighted to receive the financial support for his two-year master’s program awarded by Syngenta. Philipp had distinguished himself during his bachelor’s studies through excellence in plant breeding. After being nominated by the chair of plant breeding, Prof. Dr. Klaus Pillen, he was selected by Syngenta by means of an application procedure. The scholarship corresponds to the maximum rate of BaföG (a Federal Training Assistance Act for students, currently € 670.00). It also includes a two-month internship as well as a master’s thesis in consultation with Syngenta. Based in Bad Salzuflen, Syngenta Seeds GmbH is one of the leading international plant breeding companies. Similarly, Bayer CropScience AG is now promoting young talent in the Halle plant breeding sector on the basis of similar conditions. Here, Ulrike Beukert was selected to receive as scholarship.

Prof. Pillen, in his capacity as speaker of the ScienceCampus Halle (WCH), has set the goal of advancing the teaching and training of students in the field of plant-based bioeconomy. “The focused support of young talent should motivate excellent students to deepen their knowledge in the field of plant breeding and bioec- onomy. The grants are an important step in strengthening the teaching and training of future professionals in the field of plant-based bioeconomy in Saxony-Anhalt,” said Prof. Dr. Klaus Pillen. Saxony-Anhalt is home to numerous agricultural enterprises focusing on plant breeding and thus, there is corresponding demand for skilled young scientists in the field of bioeconomy.

There are plans to initiate long-term funding and to offer scholarships more regularly. In addition, further cooperation projects with the agricultural industry for promoting young talent are in the planning process.

LEHRE/ TEACHING 81 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 Ausblick Prospects Ausblick/ Prospects

In der vergangenen Förderperiode hat sich gezeigt, dass Sachsen-Anhalt reif ist für nachhaltiges Wachstum in der Bioökonomie. Die positive Evaluierung im vergangenen Jahr bestätigt die gute Arbeit des WCH, die es in den kommenden vier Jahren fortzusetzen gilt. „Aufgrund der weiteren Förderung sind wir nun bestens gerüstet, um die Zusammenarbeit zwischen den Mitgliedern des WCH in den Feldern Forschung, Lehre und Öffentlichkeit in den nächsten vier Jahren auszubauen. Hierzu will der WCH die Integration weiterer Forschungseinrichtungen vorantreiben und besonders die Beteiligung von Partnern aus der Wirtschaft verstärken, speziell mit Firmen aus der Bioökonomie“, sagt Klaus Pillen, Sprecher des Wissenschafts- Campus Halle.

In der zweiten Förderphase will der WCH zudem neue Verbundforschungsprojekte unterstützen und ein eigenständiges Konzept zur strukturierten Nachwuchsförderung im Bereich der Bioökonomie erarbeitet. Des Weiteren soll die Internationale Bioökonomie Konferenz in Halle fortgesetzt werden. Am 07. und 08. Mai 2015 findet diese im IAMO statt und auch für 2016 steht der Termin für die Konferenz bereits fest. Am 2. und 3. Juni 2016 trifft dann auch hier wieder die Lebenswissenschaft auf die Ökonomie und die Industrie auf die Wissenschaft.

The previous funding period has shown that Saxony-Anhalt is ripe for sustainable growth in the bioeco- nomy. The positive evaluation of the WCH last year confirmed the good work of the WCH, which will be continued in the next four years. “Due to the further funding, we are now well positioned to develop cooper- ation between WCH members in the areas of research, teaching and public relations over the next four years. For this purpose, the WCH wants to promote the integration of other research institutions and particularly increase the involvement of partners from industry, especially with companies from the bioeco- nomy,” says Prof. Dr. Klaus Pillen, speaker of the ScienceCampus Halle.

In its second funding phase, the WCH also wants to support new collaborative research projects and develop a separate concept for structured development of junior scientists in the field of bioeconomy. In addition, the International Bioeconomy Conference will take place in Halle on May 7th and 8th 2015 at IAMO. The date for the 2016 conference has already been set. On June 2 and 3, 2016 bio will once again meet economy and science will meet industry.

84 JAHRESBERICHT/ ANNUAL REPORT 2014/15 Impressum/ Context:

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Alle Abbildungen und Fotos mit freundlicher Genehmigung des Wissenschaftscampus Halle oder seiner Partner/ All figures and photographs courtesy of the ScienceCampus Halle or its partners Einband Front/ Titel, S. 2, 34 Stefan Barkhoff/ Quadraflex; S. 8, 24, 25, 28, 48, 76, 77, 80 Markus Scholz/ WissenschaftsCampus Halle WCH; S. 4, 74 Michael Deutsch/ WCH; S. 15 Maike Glöckner/ Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, MLU; S. 13, 16 MLU; S. 21, 22, 31 Sam Ray/ Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung, IPK; S. 23 Birgit Schulz-Stichel/ Leibniz-Institut für Wirtschaftsforschung Halle, IWH; S. 26 Fraunhofer CBP; S. 30 Andreas Bartsch, Hochschule Anhalt;

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