@phdthesis{Ruemer2013,
  author    = {R{\"u}mer, Stefan},
  title     = {Untersuchungen zur oxidativen Bildung von Stickstoffmonoxid in Pflanzen sowie zur Visualisierung von Stickstoffmonoxid mittels Fluoreszenzfarbstoffen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-77115},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Stickstoffmonoxid (NO) ist ein gasf{\"o}rmiges, relativ stabiles Radikal, das in Pflanzen u. a. durch Reduktion aus Nitrit unter Katalyse des Enzyms Nitratreduktase gebildet wird. In tierischen Organismen wird NO dagegen {\"u}ber einen oxidativen Syntheseweg aus der Ami-nos{\"a}ure L-Arginin katalysiert durch verschiedene Isoformen der NO-Synthasen (NOS) hergestellt. Es besitzt im tierischen System vielf{\"a}ltige Funktionen u. a. als Neurotransmitter sowie Blutfluss und -druck regulierendes Agens. Im Pflanzenreich werden NO u. a. Aufgaben bei der Regulierung von Spalt{\"o}ffnungen, der Abwehr von Pathogenen sowie der Differenzierung der Xylemelemente zugeschrieben. Die vorliegende Arbeit verfolgte zwei Ziele: - Erforschung alternativer oxidativer Synthesewege von NO in Pflanzen und - Untersuchung der NO-Spezifit{\"a}t der DAF-Fluoreszenzfarbstoffe ausgehend Diskrepanzen zwischen Daten aus Floureszenzanalysen und der Gasphasen-Chemilumineszenz in fr{\"u}heren Arbeiten unserer Arbeitsgruppe und zahlreichen weiteren Publikationen. a) NO-Produktion aus Hydroxylaminen Hydroxylamin ist ein Zwischenprodukt bei der bakteriellen Denitrifizierung und wurde auch als Intermediat bei der Nitratreduktion in Pflanzen diskutiert. Hier wird gezeigt, dass Tabaksuspensionzellen in der Lage waren, exogenes Hydroxylamin schon in sehr niedrigen Konzentrationen (4 µM) zu NO zu oxidieren. Auch ein anderes HA-Derivat, n{\"a}mlich der Hemmstoff der Alternativen Oxidase (AOX) in Mitochondrien, Salicylhydroxams{\"a}ure (SHAM), wurde zu NO oxidiert. Die Vermutung, reaktive Sauerstoffspezies (ROS) k{\"o}nn-ten bei diesem Oxidationsprozess eine Rolle spielen, wurde {\"u}berpr{\"u}ft: Nach Einwirkung des ROS-abbauenden Enzyms Superoxid-Dismutase (SOD) konnte aber {\"u}berraschender-weise keine Verminderung, sondern eher eine Steigerung der NO-Emission beobachtet werden. Die Rolle der SOD in diesem Reaktionsprozess ist daher noch nicht verstanden. b) NO-Detektion mittels Fluoreszenzindikatoren Zur Visualisierung und Lokalisierung von NO in tierischen und pflanzlichen Zellen und Geweben (in situ) mittels mikroskopischer (LSM) oder fluorimetrischer Methoden werden Fluoreszenzfarbstoffe, z. B. DAF-2 oder DAF-FM verwendet. Diese Farbstoffe reagieren mit NO zu stark fluoreszierenden Triazol-Derivaten. Eine Situation, in der Pflanzen u. a. mit NO-Freisetzung reagieren, ist der Pathogenbefall. Wir untersuchten die Reaktion von Tabaksuspensionszellen auf den pilzlichen Elicitor Cryptogein, ein Protein des Oomyceten Phytophthora cryptogea. Im Filtrat der Zellen, die mit Cryptogein behandelt wurden, zeigte sich nach Zugabe von DAF-Farbstoffen ein starker Fluoreszenzanstieg. Um die fluoreszenzerh{\"o}henden Stoffe zu charakterisieren, wurde das Filtrat vor der DAF-Zugabe verschiedentlich behandelt. Bei Zugabe von KCN bzw. Katalase zum {\"U}berstand, verringerte sich der Fluoreszenzanstieg. Gleichzeitige Behandlung der Zellen mit Cryptogein sowie dem NADPH-Oxidase-Inhibitor DPI unterband den Fluoreszenzanstieg im {\"U}berstand nahezu komplett. Enzym-Assays mit Amplex Rot zeigten die Anh{\"a}ufung von H2O2 im Filtrat der elicitierten Zellen. Neben ROS werden von Pflanzenzellen auch Peroxidasen in den Apoplasten sekretiert, die mit Hilfe von H2O2 f{\"u}r eine verst{\"a}rkte Quervernetzung der Zellwand sorgen. Sowohl in unbehandelten Kontrollzellen als auch in elicitierten Zellen wurde Peroxidase-Aktivit{\"a}t nachgewiesen. Nach Zugabe von H2O2 und DAF-2 zum Filtrat von Kontrollzellen ergab sich ein Fluoreszenzanstieg {\"a}hnlich dem im Filtrat von behandelten Zellen. Mit Hilfe eines einfachen In-vitro-Systems aus Meerettich-Peroxidase (MR-PO), Wasser-stoffperoxid (H2O2) und DAF-2 konnten noch h{\"o}here Fluoreszenzwerte erzielt werden, was die Vermutung der Fluoreszenzerh{\"o}hung ohne Anwesenheit von NO erh{\"a}rtete. Um diese nicht aus einer Reaktion mit NO resultierenden DAF-Produkte n{\"a}her zu charak-terisieren, wurden Trennungen mittels Umkehrphasen-Hochdruck-Fl{\"u}ssigkeitschro-matographie mit Fluoreszenzdetektion (RP-HPLC-FL) und Massenspektrometrie (UPLC-MS) durchgef{\"u}hrt. Dabei wurden tats{\"a}chlich zwei neue Reaktionsprodukte festgestellt, die sich eindeutig von DAF-2T unterschieden. Letzteres konnte nur bei Hinzuf{\"u}gen des NO-Donors DEA-NO detektiert werden. Zur Erfassung von intrazellul{\"a}ren Reaktionsprodukten von DAF wurden die chromatogra-phischen Trennmethoden auch auf Extrakte von mit DAF-2 DA aufgeladenen und danach elicitierten Zellen angewandt. Bei dieser Auftrennung tauchten noch mehr DAF-Reaktionsprodukte auf. Die Hauptfluoreszenz, die auch bei nicht inkubierten Zellen auf-trat, konnte auf eine Reihe sehr fr{\"u}h eluierender Substanzen zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden. Die zwei DAF-Derivate aus dem {\"U}berstand inkubierter Zellen bzw. der In-vitro-Reaktion (MR-PO+H2O2+DAF-2) tauchten jedoch {\"u}berhaupt nicht auf. Vorl{\"a}ufige massenspektrometrische Analysen legen nahe, dass es sich bei den in Abwe-senheit von NO gebildeten zwei Verbindungen um isomere Dimere von DAF-2 handelt.},
  subject      = {Stickstoffmonoxid},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Baumann2013,
  author    = {Baumann, Melanie},
  title     = {Optogenetische Simulation und Analyse elektrischer und Calcium-basierter Signale in Pflanzen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-87974},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Funktionelle Expression von ChR2 in Pflanzen In der vorliegenden Arbeit konnte erstmalig die funktionelle Expression des licht-aktivierten Channelrhodopsin-2 aus Chlamydomonas reinhardtii in h{\"o}heren Pflanzen gezeigt werden. Obwohl die erfolgreiche Transformation auf der Basis der Integration einer Expressionskassette f{\"u}r WT-ChR2 in Pflanzen genetisch nachgewiesen werden konnte, war ein funktioneller Nachweis nicht m{\"o}glich. Demgegen{\"u}ber war die funktio-nelle Expression aller getesteten ChR2-Mutanten im transienten Expressionsansatz er-folgreich und konnte schließlich auf der Basis der im Rahmen dieser Arbeit generierten Konstrukte auch f{\"u}r stabil transformierte Arabidopsis-Pflanzen best{\"a}tigt werden. ChR2 wurde in Arabidopsis-Protoplasten sowie Tabak-Epidermis- und Mesophyllzellen an der Plasmamembran lokalisiert, zeigte jedoch aufgrund der {\"U}berexpression eine starke {\"U}berladung des Endomembransystems. Elektrophysiologische Messungen mit Hilfe der Einstichtechnik belegten, dass ChR2 sowohl in Arabidopsis-Keimlingen als auch im Tabakmesophyll funktionell ist, wobei sich die erzeugten Blaulicht-vermittelten Depolarisationen weitaus erfolgreicher im Ta-baksystem darstellten. Alle eingesetzten ChR2-Mutanten waren funktionell und zeigten in Einstichmessungen mit Oozytendaten korrelierende Kinetiken. Die Mutante C128A wurde hinsichtlich der erzielten lichtinduzierten Membranpotentialdepolarisationen als effektivste ChR2-Variante identifiziert. Calcium-Messungen mit dem Reporterprotein Aequorin lieferten keinen Beweis f{\"u}r einen direkt durch ChR2-C128A vermittelten Calcium-Einstrom in Arabidopsis-Protoplasten. Jedoch konnte ein cytosolischer Calcium-Anstieg ca. 3min nach Blau-lichtapplikation beobachtet werden. Dies deutet darauf hin, dass die durch ChR2 vermittelten Membranpotential{\"a}nderungen zu einer Aktivierung endogener, Calcium-permeabler Ionenkan{\"a}le f{\"u}hren k{\"o}nnte. F{\"u}r die ChR2-L132C Mutante konnte allerdings in ersten Messungen ein direkter Calcium-Anstieg nach Lichtgabe beobachtet werden.   Transkriptionelle {\"A}nderungen aufgrund ChR2-basierter, elektrischer Signalmuster In RNA-Seq-Analysen mit transient transformierten Tabakbl{\"a}ttern konnte die Bedeu-tung der Signalsignatur elektrischer bzw. Calcium-basierter Signale verifiziert werden: Die Applikation zweier in ihrer Form g{\"a}nzlich unterschiedlicher elektrischer Signal-muster lieferte ein signifikant unterschiedlich reguliertes Set an Genen, wobei einige wenige durch beide Behandlungen induziert werden konnten. Langanhaltende Depolari-sationen regulierten deutlich mehr Gene und waren daher in ihrer Wirkung weitaus ef-fektiver als kurze, repetitive Depolarisationen. Die bioinformatische Analyse dieser Daten zeigte, dass die Nachahmung eines im Zuge der Pathogenantwort bekannten, langen Depolarisationspulses Gene der Flagellin-induzierten Signaltransduktion adressierte, w{\"a}hrend kurze, wiederkehrende Pulse mit gleichem Informationsgehalt diese nicht regulierten.},
  subject      = {Channelrhodopsin-2},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Leingaertner2013,
  author    = {Leing{\"a}rtner, Annette},
  title     = {Combined effects of climate change and extreme events on plants, arthropods and their interactions},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-87758},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {I. Global climate change directly and indirectly influences biotic and abiotic components of ecosystems. Changes in abiotic ecosystem components caused by climate change comprise temperature increases, precipitation changes and more frequently occurring extreme events. Mediated by these abiotic changes, biotic ecosystem components including all living organisms will also change. Expected changes of plants and animals are advanced phenologies and range shifts towards higher latitudes and altitudes which presumably induce changes in species interactions and composition. Altitudinal gradients provide an optimal opportunity for climate change studies, because they serve as natural experiments due to fast changing climatic conditions within short distances. In this dissertation two different approaches were conducted to reveal species and community responses to climate change. First, species richness and community trait analyses along an altitudinal gradient in the Bavarian Alps (chapters II, III) and second, climate change manipulation experiments under different climatic contexts (chapters IV, V, IV). II. We performed biodiversity surveys of butterfly and diurnal moth species on 34 grassland sites along an altitudinal gradient in the National Park Berchtesgaden. Additionally, we analysed the dominance structure of life-history traits in butterfly assemblages along altitude. Species richness of butterflies and diurnal moths decreased with increasing altitude. The dominance of certain life-history-traits changed along the altitudinal gradient with a higher proportion of larger-winged species and species with higher egg numbers towards higher altitudes. However, the mean egg maturation time, population density and geographic distribution within butterfly assemblages decreased with increasing altitude. Our results indicate that butterfly assemblages were mainly shaped by environmental filtering. We conclude that butterfly assemblages at higher altitudes will presumably lack adaptive capacity to future climatic conditions, because of specific trait combinations. III. In addition to butterfly and diurnal moth species richness we also studied plant species richness in combination with pollination type analyses along the altitudinal gradient. The management type of the alpine grasslands was also integrated in the analyses to detect combined effects of climate and management on plant diversity and pollination type. Plant species richness was highest at intermediate altitudes, whereby the management type influenced the plant diversity with more plant species at grazed compared to mown or non-managed grasslands. The pollination type was affected by both the changing climate along the gradient and the management type. These results suggest that extensive grazing can maintain high plant diversity along the whole altitudinal gradient. With ongoing climate change the diversity peak of plants may shift upwards, which can cause a decrease in biodiversity due to reduced grassland area but also changes in species composition and adaptive potential of pollination types. IV. We set up manipulation experiments on 15 grassland sites along the altitudinal gradient in order to determine the combined effects of extreme climatic events (extreme drought, advanced and delayed snowmelt) and elevation on the nutritional quality and herbivory rates of alpine plants. The leaf CN (carbon to nitrogen) ratio and the plant damage through herbivores were not significantly affected by the simulated extreme events. However, elevation influenced the CN ratios and herbivory rates of alpine plants with contrasting responses between plant guilds. Furthermore, we found differences in nitrogen concentrations and herbivory rates between grasses, legumes and forbs, whereas legumes had the highest nitrogen concentrations and were damaged most. Additionally, CN ratios and herbivory rates increased during the growing season, indicating a decrease of food plant quality during the growing season. Contrasting altitudinal responses of grasses, legumes and forbs presumably can change the dominance structure among these plant guilds with ongoing climate change. V. In this study we analysed the phenological responses of grassland species to an extreme drought event, advanced and delayed snowmelt along the altitudinal gradient. Advanced snowmelt caused an advanced beginning of flowering, whereas this effect was more pronounced at higher than at lower altitudes. Extreme drought and delayed snowmelt had rather low effects on the flower phenology and the responses did not differ between higher and lower sites. The strongest effect influencing flower phenology was altitude, with a declining effect through the season. The length of flowering duration was not significantly influenced by treatments. Our data suggest that plant species at higher altitudes may be more affected by changes in snowmelt timing in contrast to lowland species, as at higher altitudes more severe changes are expected. However, the risk of extreme drought events on flowering phenology seems to be low. VI. We established soil-emergence traps on the advanced snowmelt and control treatment plots in order to detect possible changes in abundances and emergence phenologies of five arthropod orders due to elevation and treatment. Additionally, we analysed the responses of Coleoptera species richness to elevation and treatment. We found that the abundance and species richness of Coleoptera increased with elevation as well as the abundance of Diptera. However, the abundance of Hemiptera decreased with elevation and the abundances of Araneae and Hymenoptera showed no elevational patterns. The advanced snowmelt treatment increased the abundances of Araneae and Hymenoptera. The emergence of soil-hibernating arthropods was delayed up to seven weeks at higher elevations, whereas advanced snowmelt did not influence the emergence phenology of arthropods immediately after snowmelt. With climate change earlier snowmelt will occur more often, which especially will affect soil-hibernating arthropods in alpine regions and may cause desynchronisations between species interactions. VII. In conclusion, we showed that alpine ecosystems are sensitive towards changing climate conditions and extreme events and that many alpine species in the Bavarian Alps are endangered. Many alpine species could exist under warmer climatic conditions, however they are expected to be outcompeted by more competitive lowland species. Furthermore, host-parasite or predator-prey interactions can be disrupted due to different responses of certain guilds to climate change. Understanding and predicting the complex dynamics and potential risks of future climate change remains a great challenge and therefore further studies analysing species and community responses to climate change are needed.},
  subject      = {Insekten},
  language  = {en}
}