@phdthesis{Lu2024,
  author    = {Lu, Jinping},
  title     = {The vacuolar TPC1 channel and its luminal calcium sensing site in the luminal pore entrance},
  doi       = {10.25972/OPUS-25135},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-251353},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2024},
  abstract  = {The slowly activating vacuolar SV/TPC1 channel is ubiquitously expressed in plants and provides a large cation conductance in the vacuolar membrane. Thereby, monovalent (K+, Na+) and in principle also divalent cations, such as Ca2+, can pass through the channel. The SV/TPC1 channel is activated upon membrane depolarization and cytosolic Ca2+ but inhibited by luminal calcium. With respect to the latter, two luminal Ca2+ binding sites (site 1 Asp240/Asp454/Glu528, site 2 Glu239/Asp240/Glu457) were identified to coordinate luminal Ca2+. In this work, the characteristics of the SV/TPC1 channels in terms of regulation and function were further elucidated, focusing on the TPC1s of Arabidopsis thaliana and Vicia faba. For electrophysiological analysis of the role of distinct pore residues for channel gating and luminal Ca2+ sensing, TPC1 channel variants were generated by site-directed mutagenesis and transiently expressed as eGFP/eYFP-fusion constructs in Arabidopsis thaliana mesophyll protoplasts of the TPC1 loss-of-function mutant attpc1-2. 1. As visualized by confocal fluorescence laser-scanning microscopy, all AtTPC1 (WT, E605A/Q, D606N, D607N, E605A/D606N, E605Q/D606N/D607N, E457N/E605A/D606N) and VfTPC1 channel variants (WT, N458E/A607E/ N608D) were correctly targeted to the vacuole membrane. 2. Patch-clamp studies revealed that removal of one of the negative charges at position Glu605 or Asp606 was already sufficient to promote voltage-dependent channel activation with higher voltage sensitivity. The combined neutralization of these residues (E605A/D606N), however, was required to additionally reduce the luminal Ca2+ sensitivity of the AtTPC1 channel, leading to hyperactive AtTPC1 channels. Thus, the residues Glu605/Asp606 are functionally coupled with the voltage sensor of AtTPC1 channel, thereby modulating channel gating, and form a novel luminal Ca2+ sensing site 3 in AtTPC1 at the luminal entrance of the ion transport pathway. 3. Interestingly, this novel luminal Ca2+ sensing site 3 (Glu605/Asp606) and Glu457 from the luminal Ca2+ sensing site 2 of the luminal Ca2+-sensitive AtTPC1 channel were neutralized by either asparagine or alanine in the TPC1 channel from Vicia faba and many other Fabaceae. Moreover, the VfTPC1 was validated to be a hyperactive TPC1 channel with higher tolerance to luminal Ca2+ loads which was in contrast to the AtTPC1 channel features. As a result, VfTPC1 but not AtTPC1 conferred the hyperexcitability of vacuoles. When AtTPC1 was mutated for the three VfTPC1-homologous polymorphic site residues, the AtTPC1 triple mutant (E457N/E605A/D606N) gained VfTPC1-like characteristics. However, when VfTPC1 was mutated for the three AtTPC1-homologous polymorphic site residues, the VfTPC1 triple mutant (N458E/A607E/N608D) still sustained VfTPC1-WT-like features. These findings indicate that the hyperactivity of VfTPC1 is achieved in part by the loss of negatively charged amino acids at positions that - as part of the luminal Ca2+ sensing sites 2 and 3 - are homologous to AtTPC1-Glu457/Glu605/Asp606 and are likely stabilized by other unknown residues or domains. 4.The luminal polymorphic pore residues (Glu605/Asp606 in AtTPC1) apparently do not contribute to the unitary conductance of TPC1. Under symmetrical K+ conditions, a single channel conductance of about 80 pS was determined for AtTPC1 wild type and the AtTPC1 double mutant E605A/D606A. This is in line with the three-fold higher unitary conductance of VfTPC1 (232 pS), which harbors neutral luminal pore residues at the homologous sites to AtTPC1. In conclusion, by studying TPC1 channel from Arabidopsis thaliana and Vicia faba, the present thesis provides evidence that the natural TPC1 channel variants exhibit differences in voltage gating, luminal Ca2+ sensitivity and luminal Ca2+ binding sites.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Muralidhara2022,
  author    = {Muralidhara, Prathibha},
  title     = {Perturbations in plant energy homeostasis alter lateral root plasticity via SnRK1-bZIP63-ARF19 signalling},
  doi       = {10.25972/OPUS-20563},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-205636},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Photosynthetic plants have a remarkable ability to modify their metabolism and development according to ever changing environmental conditions. The root system displays continuous growth of the primary root and formation of lateral roots enabling efficient water and nutrient uptake and anchorage of the plant in soil. With regard to lateral roots, development is post-embryonic, originating from the pericycle of the primary root. Coordinated activity of several molecular signalling pathways controlled by the hormone auxin is important throughout all stages of lateral root development.At first, two adjacent Xylem Pole Pericycle (XPP) cells are activated and the nuclei of these cells migrate towards a common cell wall.This is followed by XPP cells acquiring volume thus swelling up.The XPP cells then undergo anticlinal cell division, followed by a series of periclinal and anticlinal divisions,leading to lateral root primordia.These break through the radial cell layers and emerge out the primary root. Although root system plasticity is well-described in response to environmental cues such as ion nutrition in the soil, little is known on how root development is shaped according to the endogenous energy status of the plant.In this study, we were able to connect limited perturbations in photosynthetic energy supply to lateral root development.We established two experimental systems - treatment with low light and unexpected darkness which led to short-term energy imbalance in the plant.These short perturbations administered, showed an increase in the emerged lateral root density and decrease in root hexose availability and activation of the low energy marker gene ASN1 (ASPARAGINE SYNTHETASE 1).Although not demonstrated, presumably, these disturbances in the plant energy homeo-stasis activates SnRK1 (SNF1 RELATED KINASE 1),an evolutionary conserved kinase mediat-ing metabolic and transcriptional responses towards low energy conditions. In A. thaliana, two catalytic α-subunits of this kinase (SnRK1.α1 and SnRK1.α2) are functionally active and form ternary complexes with the regulatory β- and γ- subunits. Whereas unexpected darkness results in an increase in emerged lateral root density, the snrk1.α1 loss-of-function mutant displayed decrease in emerged lateral root density. As this effect is not that pronounced in the snrk1.α2 loss-of-function mutant, the α1 catalytic subunit is important for the observed lateral root phenotype under short-term energy perturbations. Moreover, root expression patterns of SnRK1.α1:GFP supports a role of this catalytic subunit in lateral root development. Furthermore, the lateral root response during short-term perturbations requires the SnRK1 downstream transcriptional regulator bZIP63 (BASIC LEU-CINE ZIPPER 63), as demonstrated here by a loss-of-function approach. Phenotypic studies showed that in comparison to wild-type, bzip63 mutants displayed decreased lateral root density upon low-light and unexpected darkness conditions. Previous work has demonstrat-ed that SnRK1 directly phosphorylates bZIP63 at three serine residues. Alanine-exchange mutants of the SnRK1 dependent bZIP63 phosphorylation sites behave similarly to bzip63 loss-of-function mutants and do not display increased lateral root density upon short-term unexpected darkness. This data strongly supports an impact of SnRK1-bZIP63 signalling in mediating the observed lateral root density phenotype. Plants expressing a bZIP63:YFP fu-sion protein showed specific localization patterns in primary root and in all developmental stages of the lateral root. bzip63 loss-of-function mutant lines displayed reduced early stage lateral root initiation events under unexpected darkness as demonstrated by Differen-tial Interference Contrast microscopy (DIC) and the use of a GATA23 reporter line. This data supports a role of bZIP63 in early lateral root initiation. Next, by employing Chromatin Immunoprecitation (ChIP) sequencing, we were able to iden-tify global binding targets of bZIP63, including the auxin-regulated transcription factor (TF) ARF19 (AUXIN RESPONSE FACTOR 19), a well-described central regulator of lateral root development. Additional ChIP experiments confirmed direct binding of bZIP63 to an ARF19 promoter region harboring a G-Box cis-element, a well-established bZIP63 binding site. We also observed that short-term energy perturbation upon unexpected darkness induced tran-scription of ARF19, which was impaired in the bzip63 loss-of-function mutant. These results propose that bZIP63 mediates lateral root development under short-term energy perturba-tion via ARF19. In conclusion, this study provides a novel mechanistic link between energy homeostasis and plant development. By employing reverse genetics, confocal imaging and high-throughput sequencing strategies, we were able to propose a SnRK1-bZIP63-ARF19 signalling module in integrating energy signalling into lateral root developmental programs.},
  subject      = {Arabidopsis thaliana},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Anwar2022,
  author    = {Anwar, Ammarah},
  title     = {Natural variation of gene regulatory networks in \(Arabidopsis\) \(thaliana\)},
  doi       = {10.25972/OPUS-29154},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-291549},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Understanding the causal relationship between genotype and phenotype is a major objective in biology. The main interest is in understanding trait architecture and identifying loci contributing to the respective traits. Genome-wide association mapping (GWAS) is one tool to elucidate these relationships and has been successfully used in many different species. However, most studies concentrate on marginal marker effects and ignore epistatic and gene-environment interactions. These interactions are problematic to account for, but are likely to make major contributions to many phenotypes that are not regulated by independent genetic effects, but by more sophisticated gene-regulatory networks. Further complication arises from the fact that these networks vary in different natural accessions. However, understanding the differences of gene regulatory networks and gene-gene interactions is crucial to conceive trait architecture and predict phenotypes. The basic subject of this study - using data from the Arabidopsis 1001 Genomes Project - is the analysis of pre-mature stop codons. These have been incurred in nearly one-third of the ~ 30k genes. A gene-gene interaction network of the co-occurrence of stop codons has been built and the over and under representation of different pairs has been statistically analyzed. To further classify the significant over and under- represented gene-gene interactions in terms of molecular function of the encoded proteins, gene ontology terms (GO-SLIM) have been applied. Furthermore, co- expression analysis specifies gene clusters that co-occur over different genetic and phenotypic backgrounds. To link these patterns to evolutionary constrains, spatial location of the respective alleles have been analyzed as well. The latter shows clear patterns for certain gene pairs that indicate differential selection.},
  subject      = {Arabidopsis thaliana},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Lange2021,
  author    = {Lange, Manuel},
  title     = {Mutanten im RES-Oxylipin Signalweg von \(Arabidopsis\) \(thaliana\)},
  doi       = {10.25972/OPUS-16608},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-166085},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Reaktive elektrophile Spezies-Oxylipine (RES-Oxylipine) finden sich in Pflanzen- und Tierzellen und zeichnen sich durch eine f{\"u}r sie typische Anordnung von Atomen aus: einer α,β unges{\"a}ttigten Carbonyl Gruppe. In Pflanzenzellen geh{\"o}ren unter anderem 2-(E)-Hexenal und die Vorstufe der Jasmons{\"a}ure 12-Oxophytodiens{\"a}ure (OPDA) zu den RES-Oxylipinen, in Tierzellen z.B. Prostaglandin A1 (PGA). RES-Oxylipine {\"u}ben Signalfunktionen aus, wie dies in Pflanzenzellen funktioniert ist jedoch noch nicht bekannt. Ziel dieser Arbeit ist dabei einen m{\"o}glichen RES-Oxylipin Signalweg aufzukl{\"a}ren und die beteiligten Gene zu identifizieren. Es konnte aber gezeigt werden, dass die Expressionsrate von bestimmten Genen wie z.B. GST6 durch RES-Oxylipine spezifisch induziert wird. Zur Untersuchung des RES-Oxylipin Signalweges wurde der GST6 Promotor vor das Luciferase-Gen fusioniert, um so ein RES-Oxylipin spezifisches Reportersystem zu erhalten. Die Ethylmethansulfonat mutagenisierten Linien wurden auf ge{\"a}nderte Luciferase-Aktivit{\"a}t hin untersucht. Dabei wurden drei Mutanten isoliert, die in dieser Arbeit n{\"a}her untersucht wurden. Eine zeigte basal erh{\"o}hte Luciferase-Aktivit{\"a}t (constitutive overexpresser 3 = coe3) und die anderen beiden erniedrigte Luciferase-Aktivit{\"a}t nach PGA Gabe (non responsive 1 und 2 = nr1 und nr2). In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Ph{\"a}notypen in allen 3 Mutanten rezessiv vererbt werden und die Mutanten nicht zueinander allel sind. Zudem war die ver{\"a}nderte Luciferase-Aktivit{\"a}t nicht durch ge{\"a}nderte Phytohormonspiegel oder durch Mutationen im GST6 Promotor erkl{\"a}rbar. Auf die Gabe von RES, wie Benzylisothiocyanat oder Sulforaphan, sowie auf endogene RES-Oxylipine, wie OPDA und Hexenal, reagierten die Mutanten auf {\"a}hnliche Weise, wie nach PGA Gabe. Weiterf{\"u}hrende Untersuchungen zeigten, dass sich die drei Mutanten stark voneinander unterschieden. Das Transkriptom kontrollbehandelter coe3 Pflanzen unterschied sich stark von dem der GST6::LUC Pflanzen. Die Mutante war trockenstressresistenter zudem war sie sensibler gegen{\"u}ber NaCl, was jedoch nicht von einer ver{\"a}nderten Reaktion auf Abscisins{\"a}ure herr{\"u}hrte. Des Weiteren war der Chlorophyllabbau bei dunkel inkubierten Bl{\"a}ttern geringer. Bei der Lokalisierung der Mutation, die noch nicht abgeschlossen ist, konnten Chromosom 2 und 5 als die wahrscheinlichsten Kandidaten ermittelt werden. Weitere Analysen sind n{\"o}tig um den Bereich weiter eingrenzen zu k{\"o}nnen. Die Mutante nr1, die sich durch verminderte Reaktion auf RES-Oxylipine auszeichnete, zeigte einen kleineren Wuchs und ein deutlich verz{\"o}gertes Bl{\"u}hen. Außerdem wies die Mutante erh{\"o}hte Argininspiegel in ihren Bl{\"a}ttern auf. Das Transkriptom unterschied sich sowohl bei kontrollbehandelten, als auch bei PGA behandelten nr1 Pflanzen massiv von denen der gleichbehandelten Kontrollen. Auch die nr1 schien trockenstressresistenter zu sein, sie war im Gegensatz zur coe3 aber robuster gegen{\"u}ber h{\"o}heren Konzentrationen an NaCl. Mit Hilfe eines „Next Generation Genome-Mappings" war es m{\"o}glich die Mutation am Ende von Chromosom 3 zu lokalisieren und auf f{\"u}nf m{\"o}gliche Gene einzugrenzen. Weitere Untersuchungen m{\"u}ssen nun kl{\"a}ren, welches dieser Gene urs{\"a}chlich f{\"u}r den Ph{\"a}notyp der ge{\"a}nderten Luciferase-Aktivit{\"a}t ist. Die zweite Mutante mit einer reduzierten Reaktion auf RES-Oxylipine war die nr2. {\"U}berraschender Weise unterschied sich das Transkriptom kontrollbehandelter nr2 Pflanzen deutlich st{\"a}rker von dem der gleichbehandelten GST6::LUC Pflanzen, als das nach PGA Gabe der Fall war. Sie reagierte nur mit sehr schwacher Luciferase-Aktivit{\"a}t auf Verwundung und war zudem deutlich sensibler gegen{\"u}ber Trockenheit. F{\"u}r eine zuk{\"u}nftige Lokalisation der urs{\"a}chlichen Mutation wurden entsprechende Kreuzungen durchgef{\"u}hrt aus deren Samen jederzeit mit einer Selektionierung begonnen werden kann. Mit dieser Arbeit konnte ein erster großer Schritt in Richtung Identifikation der, f{\"u}r die ge{\"a}nderte Luciferase-Aktivit{\"a}t, verantwortlichen Mutation gemacht werden, sowie erste Reaktionen der Mutanten auf abiotische Stressfaktoren untersucht werden. Somit ist man der Entdeckung von Signaltransduktionsfaktoren, die RES-Oxylipinabh{\"a}ngig reguliert werden, einen wichtigen Schritt n{\"a}her gekommen.},
  subject      = {Arabidopsis thaliana},
  language  = {de}
}
@article{NuhkatBroscheStoezleFeixetal.2021,
  author    = {Nuhkat, Maris and Brosch{\´e}, Mikael and Stoezle-Feix, Sonja and Dietrich, Petra and Hedrich, Rainer and Roelfsema, M. Rob G. and Kollist, Hannes},
  title     = {Rapid depolarization and cytosolic calcium increase go hand-in-hand in mesophyll cells' ozone response},
  series = {New Phytologist},
  volume    = {232},
  journal   = {New Phytologist},
  number    = {4},
  doi       = {10.1111/nph.17711},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-259646},
  pages     = {1692-1702},
  year      = {2021},
  abstract  = {Plant stress signalling involves bursts of reactive oxygen species (ROS), which can be mimicked by the application of acute pulses of ozone. Such ozone-pulses inhibit photosynthesis and trigger stomatal closure in a few minutes, but the signalling that underlies these responses remains largely unknown. We measured changes in Arabidopsis thaliana gas exchange after treatment with acute pulses of ozone and set up a system for simultaneous measurement of membrane potential and cytosolic calcium with the fluorescent reporter R-GECO1. We show that within 1 min, prior to stomatal closure, O\(_{3}\) triggered a drop in whole-plant CO\(_{2}\) uptake. Within this early phase, O\(_{3}\) pulses (200-1000 ppb) elicited simultaneous membrane depolarization and cytosolic calcium increase, whereas these pulses had no long-term effect on either stomatal conductance or photosynthesis. In contrast, pulses of 5000 ppb O\(_{3}\) induced cell death, systemic Ca\(^{2+}\) signals and an irreversible drop in stomatal conductance and photosynthetic capacity. We conclude that mesophyll cells respond to ozone in a few seconds by distinct pattern of plasma membrane depolarizations accompanied by an increase in the cytosolic calcium ion (Ca\(^{2+}\)) level. These responses became systemic only at very high ozone concentrations. Thus, plants have rapid mechanism to sense and discriminate the strength of ozone signals.},
  language  = {en}
}
@article{DindasDreyerHuangetal.2021,
  author    = {Dindas, Julian and Dreyer, Ingo and Huang, Shouguang and Hedrich, Rainer and Roelfsema, M. Rob G.},
  title     = {A voltage-dependent Ca\(^{2+}\) homeostat operates in the plant vacuolar membrane},
  series = {New Phytologist},
  volume    = {230},
  journal   = {New Phytologist},
  number    = {4},
  doi       = {10.1111/nph.17272},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-259627},
  pages     = {1449-1460},
  year      = {2021},
  abstract  = {Cytosolic calcium signals are evoked by a large variety of biotic and abiotic stimuli and play an important role in cellular and long distance signalling in plants. While the function of the plasma membrane in cytosolic Ca\(^{2+}\) signalling has been intensively studied, the role of the vacuolar membrane remains elusive. A newly developed vacuolar voltage clamp technique was used in combination with live-cell imaging, to study the role of the vacuolar membrane in Ca\(^{2+}\) and pH homeostasis of bulging root hair cells of Arabidopsis. Depolarisation of the vacuolar membrane caused a rapid increase in the Ca\(^{2+}\) concentration and alkalised the cytosol, while hyperpolarisation led to the opposite responses. The relationship between the vacuolar membrane potential, the cytosolic pH and Ca2+ concentration suggests that a vacuolar H\(^{+}\)/Ca\(^{2+}\) exchange mechanism plays a central role in cytosolic Ca2+ homeostasis. Mathematical modelling further suggests that the voltage-dependent vacuolar Ca\(^{2+}\) homeostat could contribute to calcium signalling when coupled to a recently discovered K\(^{+}\) channel-dependent module for electrical excitability of the vacuolar membrane.},
  language  = {en}
}
@article{Froeschel2021,
  author    = {Fr{\"o}schel, Christian},
  title     = {In-depth evaluation of root infection systems using the vascular fungus Verticillium longisporum as soil-borne model pathogen},
  series = {Plant Methods},
  volume    = {17},
  journal   = {Plant Methods},
  doi       = {10.1186/s13007-021-00758-x},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-260807},
  year      = {2021},
  abstract  = {Background While leaves are far more accessible for analysing plant defences, roots are hidden in the soil, leading to difficulties in studying soil-borne interactions. Inoculation strategies for infecting model plants with model root pathogens are described in the literature, but it remains demanding to obtain a methodological overview. To address this challenge, this study uses the model root pathogen Verticillium longisporum on Arabidopsis thaliana host plants and provides recommendations for selecting appropriate infection systems to investigate how plants cope with root pathogens. Results A novel root infection system is introduced, while two existing ones are precisely described and optimized. Step-by-step protocols are presented and accompanied by pathogenicity tests, transcriptional analyses of indole-glucosinolate marker genes and independent confirmations using reporter constructs. Advantages and disadvantages of each infection system are assessed. Overall, the results validate the importance of indole-glucosinolates as secondary metabolites that limit the Verticillium propagation in its host plant. Conclusion Detailed assistances on studying host defence strategies and responses against V. longisporum is provided. Furthermore, other soil-borne microorganisms (e.g., V. dahliae) or model plants, such as economically important oilseed rape and tomato, can be introduced in the infection systems described. Hence, these proven manuals can support finding a root infection system for your specific research questions to further decipher root-microbe interactions.},
  language  = {en}
}
@article{HuangDingRoelfsemaetal.2021,
  author    = {Huang, Shouguang and Ding, Meiqi and Roelfsema, M. Rob G. and Dreyer, Ingo and Scherzer, S{\"o}nke and Al-Rasheid, Khaled A. S and Gao, Shiqiang and Nagel, Georg and Hedrich, Rainer and Konrad, Kai R.},
  title     = {Optogenetic control of the guard cell membrane potential and stomatal movement by the light-gated anion channel GtACR1},
  series = {Science Advances},
  volume    = {7},
  journal   = {Science Advances},
  number    = {28},
  doi       = {10.1126/sciadv.abg4619},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-260925},
  year      = {2021},
  abstract  = {Guard cells control the aperture of plant stomata, which are crucial for global fluxes of CO\(_2\) and water. In turn, guard cell anion channels are seen as key players for stomatal closure, but is activation of these channels sufficient to limit plant water loss? To answer this open question, we used an optogenetic approach based on the light-gated anion channelrhodopsin 1 (GtACR1). In tobacco guard cells that express GtACR1, blue- and green-light pulses elicit Cl\(^-\) and NO\(_3\)\(^-\) currents of -1 to -2 nA. The anion currents depolarize the plasma membrane by 60 to 80 mV, which causes opening of voltage-gated K+ channels and the extrusion of K+. As a result, continuous stimulation with green light leads to loss of guard cell turgor and closure of stomata at conditions that provoke stomatal opening in wild type. GtACR1 optogenetics thus provides unequivocal evidence that opening of anion channels is sufficient to close stomata.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Reyer2020,
  author    = {Reyer, Antonella},
  title     = {Charakterisierung des Channelrhodopsin-2 aus Chlamydomonas reinhardtii als nicht-invasives, optogenetisches Werkzeug zur funktionellen Analyse elektrischer Signale in Pflanzen},
  doi       = {10.25972/OPUS-21867},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-218671},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Ebenso wie Tiere verf{\"u}gen Pflanzen {\"u}ber die F{\"a}higkeit elektrische Signale zu generieren. Dabei repr{\"a}sentieren elektrische Signale - Membranpotential{\"a}nderungen an der Plasmamembran - die fr{\"u}hesten Antworten, welche an Pflanzenzellen im Zuge ver{\"a}nderter externer und intrinsischer Bedingungen beobachtet werden k{\"o}nnen. Stimuli wie K{\"a}lte, Hitze, Verwundung, Herbivorie und Pathogene, aber auch physiologische Prozesse, wie Wachstum und Best{\"a}ubung f{\"u}hren zur {\"A}nderung des Potentials der Plasmamembran pflanzlicher Zellen. Die meisten dieser Membranpotential{\"a}nderungen bestehen aus einer schnellen Depolarisation, gefolgt von einer Repolarisation des Membranpotentials, deren Kinetik, in Abh{\"a}ngigkeit des Stimulus hoch variabel sein kann. Das Wissen {\"u}ber die molekularen Grundlagen der Generierung und Weiterleitung elektrischer Signale in Pflanzen ist im Gegensatz zu Tieren nur wenig verstanden. Eine Ausnahme stellen ‚klassisch-erregbare' Pflanzen wie die Venusfliegenfalle oder die Mimose dar. In diesen Pflanzen f{\"u}hrt ein Ber{\"u}hrungsreiz zur Ausl{\"o}sung eines charakteristischen Aktionspotentials, welches in der Folge zu einer, auf differentiellen Turgor{\"a}nderungen basierenden, nastischen Bewegung f{\"u}hrt. In allen anderen Pflanzen ist die Kinetik der Membranpotential{\"a}nderungen sehr variabel, abh{\"a}ngig vom Stimulus und dem physiologischen Zustand der Zellen und - mit Ausnahme der Reaktion auf einen K{\"a}ltestimulus - lediglich nach langen Latenzzeiten wiederholbar. Dieser Umstand verhindert eine systematische Analyse der molekularen Basis elektrischer Signale in den meisten Pflanzen. Ziel dieser Arbeit war es daher, auf der Basis des Channelrhodopsin-2 (ChR2) aus der Gr{\"u}nalge Chlamydomonas reinhardtii, welches bereits seit 2005 in der Neurobiologie genutzt wird, ein nicht-invasives Werkzeug zur funktionellen Analyse elektrischer Signale in Pflanzen zu etablieren. ChR2 ist ein Blaulicht-aktivierter Kationenkanal, der f{\"u}r seine Funktion all trans-Retinal als Cofaktor ben{\"o}tigt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Varianten des ChR2, mit einem Schwerpunkt auf ChR2-C128T und vor allem ChR2-D156C, auch bekannt als ChR2-XXL eingesetzt. ChR2 konnte bereits durch M. Baumann im Rahmen ihrer Dissertation funktionell im transienten Expressionssystem Nicotiana benthamiana dargestellt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde das System weiter ausgebaut und die besonders aussichtsreichen ChR2-Varianten nicht nur in N. benthamiana, sondern auch in stabilen Arabidopsis thaliana Linien funktionell charakterisiert. Dabei konnte mit dem ChR2-XXL ein geeignetes optogenetisches Werkzeug zur Untersuchung elektrischer Signale in Pflanzen identifiziert werden. ChR2-XXL bietet die M{\"o}glichkeit das Membranpotential durch kurze, 5 s Blaulichtpulse im Mittel um 95 mV zu depolarisieren und im Anschluss die Repolarisationsphase zu untersuchen. Blaulicht-induzierbare, ChR2-XXL-vermittelte Depolarisationen konnten, reproduzierbar und beliebig oft an den gleichen Zellen wiederholt ausgel{\"o}st werden. Dadurch erm{\"o}glicht ChR2-XXL die bisher nur unzureichend bekannten molekularen Komponenten der Repolarisation des Membranpotentials in Pflanzen zu erforschen. In tierischen Zellen generieren spannungsabh{\"a}ngige Natriumkan{\"a}le die Depolarisation, w{\"a}hrend spannungsabh{\"a}ngige Kaliumkan{\"a}le die Depolarisationskinetik bestimmen. Die im Vergleich zu tierischen Zellen ver{\"a}nderten Ionengradienten lassen vermuten, dass die pflanzliche Depolarisation im Wesentlichen durch Ca2+-abh{\"a}ngige Anionenkan{\"a}le vermittelt wird, die durch den Efflux von Cl- das Membranpotential depolarisieren. F{\"u}r die Repolarisation wird zum einen die Beteiligung von ausw{\"a}rtsgleichrichtenden Kaliumkan{\"a}len postuliert. Zum anderen wird auch eine Beteiligung der Plasmamembran (PM) H+-ATPasen vermutet, welche gleichzeitig einen essentiellen Beitrag zur Generierung des Ruhepotentials leisten. In der vorliegenden Arbeit wurde es durch den Einsatz von ChR2-XXL m{\"o}glich, beide potentiellen Komponenten der Repolarisationsphase, Kaliumkan{\"a}le und PM H+-ATPasen, erstmals durch eine nicht-invasive, Anionen-unabh{\"a}ngige Methode der Depolarisation zu untersuchen. Durch den Einsatz von Mutanten und Kaliumkanalinhibitoren konnte ein m{\"o}glicher Beitrag des ausw{\"a}rtsgleichrichtenden Kaliumkanals Arabidopsis thaliana GUARD CELL OUTWARD RECTIFYING K+ CHANNEL (AtGORK) an der Repolarisationsphase in Arabidopsis Mesophyllzellen nahezu ausgeschlossen werden. Der ausw{\"a}rtsgleichrichtende Kaliumkanal GORK {\"o}ffnet erst bei Membranpotentialen positiv vom Gleichgewichtspotential f{\"u}r Kaliumionen (EK (-118 mV)). Da die ChR2-induzierbaren Depolarisationen ebenso wie viele nat{\"u}rliche Stimuli, diesen Wert kaum erreichen oder nur geringf{\"u}gig {\"u}berschreiten, leistet der GORK einen geringf{\"u}gigen Beitrag bei der Repolarisation. Dies ließ vermuten, dass die Repolarisation von EK bis zum Ruhepotential bei ca. -180 mV dagegen m{\"o}glicherweise durch die PM H+-ATPasen bewerkstelligt wird. Die Wirkung des PM H+-ATPase Inhibitors Natriumorthovanadat, sowie des PM H+-ATPase Aktivators Fusicoccin auf die Repolarisationsphase konnten diese Hypothese unterst{\"u}tzen. Die Hemmung der PM H+-ATPasen verlangsamte die Repolarisationskinetik w{\"a}hrend eine Aktivierung der PM H+-ATPasen diese beschleunigte. So wurde es erstmals m{\"o}glich den genauen Einfluss der PM H+-ATPasen auf Wiederherstellung des Membranpotentials w{\"a}hrend der Repolarisation in Mesophyllzellen zu studieren. Dar{\"u}ber hinaus wurde beobachtet, dass in Gegenwart des Kaliumkanalblockers Ba2+ die Repolarisation ebenfalls beschleunigt werden konnte. In {\"U}bereinstimmung mit dem ‚Pump-and-Leak'-Modell (Alberts et al. 2002) deutet dies darauf hin, dass schwach einw{\"a}rtsgleichrichtende Kaliumkan{\"a}le, wie der ARABIDOPSIS K+ TRANSPORTER 2 (AKT2) dem PM H+-ATPasen Protonengradienten entgegenwirken und somit das Ruhepotential aus der Summe der bewegten Ladungen von Pumpen und Kaliumkan{\"a}len bestimmt wird. Das m{\"o}gliche Potenzial optogenetischer, Rhodopsin-basierter Werkzeuge f{\"u}r die molekulare Analyse elektrischer Signale, insbesondere unter Einsatz der breiten Palette lichtgesteuerter Pumpen und Kan{\"a}le, ihrer spektralen Diversit{\"a}t und ihrer Einkreuzung in ausgew{\"a}hlte Arabidopsis Mutanten wird diskutiert.},
  subject      = {pflanzliche Elektrophysiologie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Dindas2019,
  author    = {Dindas, Julian},
  title     = {Cytosolic Ca\(^2\)\(^+\), a master regulator of vacuolar ion conductance and fast auxin signaling in \(Arabidopsis\) \(thaliana\)},
  doi       = {10.25972/OPUS-15863},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-158638},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Das Phytohormon Auxin erf{\"u}llt wichtige Funktionen bei der Initiierung von pflanzlichen Geweben und Organen, wie auch in der Steuerung des Wurzelwachstums im Zusammenspiel mit {\"a}ußeren Reizen wie Schwerkraft, Wasser- und N{\"a}hstoffverf{\"u}gbarkeit. Diese Funktionen basieren dabei vor allem auf der Auxin-abh{\"a}ngigen Regulation von Zellteilung und -streckung. Wichtig f{\"u}r letzteres ist dabei die Kontrolle des Zellturgors durch die Vakuole. Als Speicher f{\"u}r N{\"a}hrstoffe, Metabolite und Toxine sind Vakuolen von essentieller Bedeutung. Vakuol{\"a}r gespeicherte Metabolite und Ionen werden sowohl {\"u}ber aktive Transportprozesse, als auch passiv durch Ionenkan{\"a}le, {\"u}ber die vakuol{\"a}re Membran mit dem Zytoplasma ausgetauscht. In ihrer Funktion als second messenger sind Kalziumionen wichtige Regulatoren, aber auch Gegenstand vakuol{\"a}rer Transportprozesse. {\"A}nderungen der zytosolischen Kalziumkonzentration wirken nicht nur lokal, sie werden auch mit einer Signalweiterleitung {\"u}ber l{\"a}ngere Distanzen in Verbindung gebracht. Im Rahmen dieser Arbeit wurden elektrophysiologische Methoden mit bildgebenden Methoden kombiniert um Einblicke in das Zusammenspiel zwischen zytosolischen Kalziumsignalen, vakuol{\"a}rer Transportprozesse und der Auxin-Physiologie im intakten pflanzlichen Organismus zu gewinnen. Kalziumsignale sind an der Regulierung vakuol{\"a}rer Ionenkan{\"a}le und Transporter beteiligt. Um dies im intakten Organismus zu untersuchen wurden im Modellsystem junger Wurzelhaare von Arabidopsis thaliana Messungen mit intrazellul{\"a}ren Mikroelektroden durchgef{\"u}hrt. Mittels der Zwei-Elektroden-Spannungsklemm-Technik konnte best{\"a}tigt werden, dass die vakuol{\"a}re Membran der limitierende elektrische Wiederstand w{\"a}hrend intravakuol{\"a}rer Messungen ist und so gemessene Ionenstr{\"o}me in der Tat nur die Str{\"o}me {\"u}ber die vakuol{\"a}re Membran repr{\"a}sentieren. Die bereits bekannte zeitabh{\"a}ngige Abnahme der vakuol{\"a}ren Leitf{\"a}higkeit in Einstichexperimenten konnte weiterhin mit einer einstichbedingten, transienten Erh{\"o}hung der zytosolischen Kalziumkonzentration korreliert werden. Durch intravakuol{\"a}re Spannungsklemmexperimente in Wurzelhaarzellen von Kalziumreporterpflanzen konnte dieser Zusammenhang zwischen vakuol{\"a}rer Leitf{\"a}higkeit und der zytosolischen Kalziumkonzentration best{\"a}tigt werden. Die Vakuole ist jedoch nicht nur ein Empf{\"a}nger zytosolischer Kalziumsignale. Da die Vakuole den gr{\"o}ßten intrazellul{\"a}ren Kalziumspeicher darstellt, wird seit Langem diskutiert, ob sie auch an der Erzeugung solcher Signale beteiligt ist. Dies konnte in intakten Wurzelhaarzellen best{\"a}tigt werden. {\"A}nderungen des vakuol{\"a}ren Membranpotentials wirkten sich auf die zytosolische Kalziumkonzentration in diesen Zellen aus. W{\"a}hrend depolarisierende Potentiale zu einer Erh{\"o}hung der zytosolischen Kalziumkonzentration f{\"u}hrten, bewirkte eine Hyperpolarisierung der vakuol{\"a}ren Membran das Gegenteil. Thermodynamische {\"U}berlegungen zum passiven und aktiven Kalziumtransport {\"u}ber die vakuol{\"a}re Membran legten dabei den Schluss nahe, dass die hierin beschriebenen Ergebnisse das Verhalten von vakuol{\"a}ren H+/Ca2+ Austauschern wiederspiegeln, deren Aktivit{\"a}t durch die protonenmotorische Kraft bestimmt wird. Im Rahmen dieser Arbeit stellte sich weiterhin heraus, dass zytosolisches Kalzium ebenso ein zentraler Regulator eines schnellen Auxin-induzierten Signalweges ist, {\"u}ber den der polare Transport des Hormons reguliert wird. Im gleichen Modellsystem junger Wurzelhaare konnte gezeigt werden, dass die externe Applikation von Auxin eine sehr schnelle, Auxinkonzentrations- und pH-abh{\"a}ngige Depolarisation des Plasmamembranpotentials zur Folge hat. Synchron zur Depolarisation des Plasmamembranpotentials wurden im Zytosol transiente Kalziumsignale registriert. Diese wurden durch einen von Auxin aktivierten Einstrom von Kalziumionen durch den Ionenkanal CNGC14 hervorgerufen. Experimente an Verlustmutanten als auch pharmakologische Experimente zeigten, dass zur Auxin-induzierten Aktivierung des Kalziumkanals die Auxin-Perzeption durch die F-box Proteine der TIR1/AFB Familie erforderlich ist. Durch Untersuchungen der Auxin-abh{\"a}ngigen Depolarisation wie auch des Auxin-induzierten Einstroms von Protonen in epidermale Wurzelzellen von Verlustmutanten konnte gezeigt werden, dass die sekund{\"a}r aktive Aufnahme von Auxin durch das hochaffine Transportprotein AUX1 f{\"u}r die schnelle Depolarisation verantwortlich ist. Nicht nur die zytosolischen Kalziumsignale korrelierten mit der CNGC14 Funktion, sondern ebenso die AUX1-vermittelte Depolarisation von Wurzelhaaren. Eine unver{\"a}nderte Expression von AUX1 in der cngc14 Verlustmutante legte dabei den Schluss nahe, dass die Aktivit{\"a}t von AUX1 posttranslational reguliert werden muss. Diese Hypothese erfuhr Unterst{\"u}tzung durch Experimente, in denen die Behandlung mit dem Kalziumkanalblocker Lanthan zu einer Inaktivierung von AUX1 im Wildtyp f{\"u}hrte. Die zytosolische Beladung einzelner epidermaler Wurzelzellen mit Auxin hatte die Ausbreitung lateraler und acropetaler Kalziumwellen zur Folge. Diese korrelierten mit einer Verschiebung des Auxin-Gradienten an der Wurzelspitze und unterst{\"u}tzten somit eine hypothetische Kalziumabh{\"a}ngige Regulation des polaren Auxin Transports. Ein Model f{\"u}r einen schnellen, Auxin induzierten und kalziumabh{\"a}ngigen Signalweg wird pr{\"a}sentiert und dessen Bedeutung f{\"u}r das gravitrope Wurzelwachstum diskutiert. Da die AUX1-vermittelte Depolarisation in Abh{\"a}ngigkeit von der externen Phosphatkonzentration variierte, wird die Bedeutung dieses schnellen Signalwegs ebenso f{\"u}r die Anpassung des Wurzelhaarwachstums an eine nicht ausreichende Verf{\"u}gbarkeit von Phosphat diskutiert.},
  subject      = {Ackerschmalwand},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Horn2017,
  author    = {Horn, Hannes},
  title     = {Analysis and interpretation of (meta-)genomic data from host-associated microorganisms},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-152035},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {Host-microbe interactions are the key to understand why and how microbes inhabit specific environments. With the scientific fields of microbial genomics and metagenomics, evolving on an unprecedented scale, one is able to gain insights in these interactions on a molecular and ecological level. The goal of this PhD thesis was to make (meta-)genomic data accessible, integrate it in a comparative manner and to gain comprehensive taxonomic and functional insights into bacterial strains and communities derived from two different environments: the phyllosphere of Arabidopsis thaliana and the mesohyl interior of marine sponges. This thesis focused first on the de novo assembly of bacterial genomes. A 5-step protocol was developed, each step including a quality control. The examination of different assembly software in a comparative way identified SPAdes as most suitable. The protocol enables the user to chose the best tailored assembly. Contamination issues were solved by an initial filtering of the data and methods normally used for the binning of metagenomic datasets. This step is missed in many published assembly pipelines. The described protocol offers assemblies of high quality ready for downstream analysis. Subsequently, assemblies generated with the developed protocol were annotated and explored in terms of their function. In a first study, the genome of a phyllosphere bacterium, Williamsia sp. ARP1, was analyzed, offering many adaptions to the leaf habitat: it can deal with temperature shifts, react to oxygen species, produces mycosporins as protection against UV-light, and is able to uptake photosynthates. Further, its taxonomic position within the Actinomycetales was infered from 16S rRNA and comparative genomics showing the close relation between the genera Williamsia and Gordonia. In a second study, six sponge-derived actinomycete genomes were investigated for secondary metabolism. By use of state-of-the-art software, these strains exhibited numerous gene clusters, mostly linked to polykethide synthases, non-ribosomal peptide synthesis, terpenes, fatty acids and saccharides. Subsequent predictions on these clusters offered a great variety of possible produced compounds with antibiotic, antifungal or anti-cancer activity. These analysis highlight the potential for the synthesis of natural products and the use of genomic data as screening toolkit. In a last study, three sponge-derived and one seawater metagenomes were functionally compared. Different signatures regarding the microbial composition and GC-distribution were observed between the two environments. With a focus on bacerial defense systems, the data indicates a pronounced repertoire of sponge associated bacteria for bacterial defense systems, in particular, Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, restriction modification system, DNA phosphorothioation and phage growth limitation. In addition, characterizing genes for secondary metabolite cluster differed between sponge and seawater microbiomes. Moreover, a variety of Type I polyketide synthases were only found within the sponge microbiomes. With that, metagenomics are shown to be a useful tool for the screening of secondary metabolite genes. Furthermore, enriched defense systems are highlighted as feature of sponge-associated microbes and marks them as a selective trait.},
  subject      = {Bakterien},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Oenel2016,
  author    = {{\"O}nel, Ayla},
  title     = {Synthese und Relevanz von Oxylipinen in Bl{\"a}ttern, Wurzeln und Samen von \(Arabidopsis\) \(thaliana\)},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-141647},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Die Lipidoxidation kann sowohl enzymatisch als auch nicht enzymatisch erfolgen. Der erste Schritt der enzymatischen Oxidation wird durch Lipoxygenasen katalysiert, von welchen es in Arabidopsis thaliana sechs verschiedene Isoformen gibt. Dabei werden die Lipoxygenasen nach dem Kohlenstoffatom klassifiziert, welches sie oxidieren. Somit geh{\"o}ren die LOX1 und LOX5 zu den 9-Lipoxygenasen, w{\"a}hrend LOX2, LOX3, LOX4 und LOX6 zu den 13 Lipoxygenasen z{\"a}hlen. W{\"a}hrend der Samenalterung findet vermehrt eine Lipidperoxidation statt, welche mit einem Verfall des Samens sowie einer verringerten Keimrate korreliert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zun{\"a}chst erfolgreich ein System zur k{\"u}nstlichen Samenalterung von Arabidopsis thaliana etabliert. Bei der k{\"u}nstlichen Alterung stiegen {\"a}hnlich wie bei der nat{\"u}rlichen Samenalterung oxidierte Lipide an und die Keimrate fiel ab. Nach Alterung konnte ein Anstieg von sechs verschiedenen oxidierten Triacylglycerolen detektiert werden. Es konnte in dieser Arbeit mit Hilfe von Mutanten mit Defekten in mehreren der Lipoxygenase Gene gezeigt werden, dass die Oxidation dieser veresterten Fetts{\"a}uren zum gr{\"o}ßten Teil nicht enzymatisch erfolgt. Bei der Alterung stiegen zudem enzymatisch gebildete 9 Lipoxygenase Produkte wie freie Hydroxy- und Ketofetts{\"a}uren an. Bei einer Analyse der freien oxidierten Fetts{\"a}uren konnte ebenfalls mit Lipoxygenase Mutanten ermittelt werden, dass diese haupts{\"a}chlich via LOX1 oxidiert werden. Die Untersuchung der Keimraten der Lipoxygenase Mutanten nach Alterung zeigte in mehreren Versuchen eine leicht erh{\"o}hte Keimrate der lox1 im Vergleich zum Wildtyp. Eine exogene Behandlung von Wildtyp Samen mit verschiedenen 9-Lipoxygenase Produkten, welche bei der Alterung ansteigen, f{\"u}hrte allerdings nicht zu einer Keimungshemmung. Somit scheinen Produkte wie Hydroxy- und Ketofetts{\"a}uren der 9-Lipoxygenase LOX1 nicht die Hauptursache f{\"u}r die Keimungshemmung nach Alterung zu sein. Dar{\"u}ber hinaus konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass eine Behandlung der Bl{\"u}ten des Wildtyps mit Methyljasmonat zu einer signifikant h{\"o}heren Keimrate der Samen im Vergleich zu Samen von unbehandelten Pflanzen nach Alterung f{\"u}hrt. Ein „Lipidprofiling" der Samen von mit Methyljasmonat behandelten Pflanzen wies signifikant geringere Gehalte sowohl an freien als auch veresterten oxidierten Fetts{\"a}uren auf, was mit einer erh{\"o}hten Lebensf{\"a}higkeit korrelierte. Diese Erkenntnisse k{\"o}nnten von großer Relevanz f{\"u}r die Landwirtschaft sein, falls eine {\"U}bertragung auf Nutzpflanzen m{\"o}glich ist. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit war eine eingehende Untersuchung der Rolle und Funktion der LOX6. Mit Hilfe von GUS F{\"a}rbungen konnte eine Lokalisation der LOX6 in Bl{\"a}ttern und Wurzeln nachgewiesen werden. Zudem wurde ein 35SLOX6GFP Konstrukt erstellt und in Arabidopsis thaliana Pflanzen stabil transformiert. Mit den selektionierten Linien k{\"o}nnte in Zukunft auch die intrazellul{\"a}re Lokalisation der LOX6 untersucht werden. Außerdem wurden Konstrukte mit dem Reportergen GFP und AOS sowie LOX2 hinter dem 35S Promotor kloniert, welche ebenfalls f{\"u}r weitere Lokalisations- und Kolokalisationsstudien genutzt werden k{\"o}nnen. Zudem wurde mit der Klonierung eines Konstruktes begonnen, um in Zukunft einen spezifischen LOX6 Antik{\"o}rper herstellen und auch die endogene LOX6 Lokalisation in dem Wildtyp analysieren zu k{\"o}nnen. Um die Produkte der LOX6 zu untersuchen, wurden 35SLOX6 Linien sowie die lox6 Mutante verwendet. Obwohl Hydroxyfetts{\"a}uren und Jasmonate Folgeprodukte der LOX6 sind, wiesen die 35SLOX6 Linien weder basal, noch nach Stress erh{\"o}hte Gehalte dieser im Vergleich zum Wildtyp auf. Somit geben die 35SLOX6 Linien einen Hinweis darauf, dass LOX6 im Wildtyp nicht limitierend f{\"u}r die Produktion von Hydroxyfetts{\"a}uren und Jasmonaten sein k{\"o}nnte. Um zu untersuchen, ob das Substrat der LOX6 der limitierende Faktor sein k{\"o}nnte, wurde eine Behandlung mit α Linolens{\"a}ure durchgef{\"u}hrt. Dabei entstanden allerdings nicht mehr Folgeprodukte der LOX6, sondern es fand sowohl in den 35SLOX6 Linien als auch in dem Wildtyp eine massive nicht enzymatische radikalische Oxidation der Fetts{\"a}uren statt. Um festzustellen, ob sich durch eine LOX6 {\"U}berexpression das Metabolom {\"a}ndert, wurde eine „untargeted Analyse" mit 35SLOX6 Linien durchgef{\"u}hrt. Diese zeigte vier Metabolite, welche in den 35SLOX6 Linien im Vergleich zum Wildtyp unterschiedlich stark vorhanden waren. Zudem sollte untersucht werden, ob sich die Physiologie und Stressresistenz in den {\"U}berexpressionslinien im Vergleich zum Wildtyp unterscheiden. Dabei zeichneten sich die 35SLOX6 Linien durch kleinere, hellere und rundere Bl{\"a}tter aus. Zudem wurden die Wurzeln der 35SLOX6 Linien bei Fraßversuchen mit Pocellio scaber im Vergleich zum Wildtyp weniger bevorzugt gefressen. Diese Erkenntnisse sowie die generierten Konstrukte und Pflanzenlinien k{\"o}nnen in der Zukunft einen weiteren Einblick in die vielf{\"a}ltigen Funktionen und Produkte der LOX6 gew{\"a}hren.},
  subject      = {Jasmonate},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Muench2016,
  author    = {M{\"u}nch, Miriam},
  title     = {Funktionelle Untersuchungen zur Oxylipin-abh{\"a}ngigen Regulation von Hitzeschockproteinen in \(Arabidopsis\) \(thaliana\)},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-140299},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Oxylipine sind Signalmolek{\"u}le, die durch enzymatische Oxidation oder durch Autoxidation von mehrfach unges{\"a}ttigten Fetts{\"a}uren entstehen. Sie akkumulieren w{\"a}hrend einer Vielzahl von biotischen und abiotischen Stressen und spielen eine bedeutende Rolle bei der Abwehr verschiedener Stressoren. In vielen physiologischen Entwicklungsprozessen sind Oxylipine ebenfalls wichtig. Eine bisher wenig erforschte Untergruppe dieser Oxylipine bilden reaktive elektrophile Spezies, die sog. RES-Oxylipine. Hierzu geh{\"o}ren unter anderem der Jasmons{\"a}ure-Vorl{\"a}ufer 12 Oxophytodiens{\"a}ure (OPDA), aber auch (E)-2-Hexenal oder Phytoprostan A1 (PPA1). Diese Substanzen sind aufgrund einer α,β unges{\"a}ttigten Carbonylgruppe elektrophil und damit chemisch reaktiv. Diese Reaktivit{\"a}t wird als Grund f{\"u}r ihre biologische Aktivit{\"a}t angesehen: RES-Oxylipine sind Induktoren einer Reihe von Genen. Allerdings ist bisher wenig {\"u}ber den Signalweg sowie die Funktionen der RES-Oxylipine in Arabidopsis thaliana bekannt. Fast die H{\"a}lfte (40 \%) aller durch OPDA-induzierten Gene in A. thaliana sind abh{\"a}ngig von TGA-Transkriptionsfaktoren, jedoch werden OPDA-responsive Hitzeschockgene (z.B. Hitzeschockproteine) unabh{\"a}ngig von TGA-Transkriptionsfaktoren induziert. Außerdem gibt es Hinweise auf eine Akkumulation des RES-Oxylipins OPDA, aber auch des non-RES-Oxylipins Jasmons{\"a}ure (JA) durch eine Behandlung mit 38° C in A. thaliana. Eine exogene Applikation von JA bewirkt jedoch, im Gegensatz zu OPDA, keine Genexpression von Hitzeschockgenen in Arabidopsis. Ziel dieser Arbeit war es, die Funktion der RES-Oxylipine OPDA und Prostaglandin A1 (PGA1, ein Analogon zu PPA1) w{\"a}hrend der Hitzeschockantwort in Arabidopsis thaliana, sowie die TGA-unabh{\"a}ngige Signaltransduktion der Hitzeschockgene, aufzukl{\"a}ren. Durch einen Vergleich zweier bereits ver{\"o}ffentlichter Transkriptomdaten in silico konnte die {\"U}berschneidung des Hitze-induzierten- (1 h, 37 °C) und des OPDA-induzierten-Transkriptoms (4 h, 75 µM) genau analysiert werden. Es werden 30 Gene sowohl von OPDA als auch durch 37 °C mehr als dreifach hochreguliert. Dieses Ergebnis konnte durch realtime qPCR vier repr{\"a}sentativer Gene (HSP101, HSP26.5, DREB2A, HSFA2) best{\"a}tigt werden. Allerdings zeigten sich deutliche Unterschiede in der St{\"a}rke und Kinetik der Induktion: Hitze (37 °C) hat einen sehr viel st{\"a}rkeren Einfluss auf die Hochregulation der Genexpression als die getesteten RES-Oxylipine OPDA und PGA1 (unter 10 \% der Induktion durch 37 °C, Ausnahme DREB2A). Zudem resultiert eine Hitzebehandlung in einer schnellen und transienten Genexpression, das Maximum ist nach 1 bis 2 h erreicht w{\"a}hrend die Addition von RES-Oxylipinen eine langsamere Induktion der Genexpression bewirkt (Maximum nach 4 bis 6 h). Eine Genexpressionsanalyse mit verschiedenen Signaltransduktionsmutanten half bei der Aufkl{\"a}rung m{\"o}glicher Signaltransduktionskomponenten der RES-Oxylipine. So konnte gezeigt werden, dass der putative OPDA-Rezeptor Cyclophilin 20-3 sowie sein Interaktionspartner, das Protein Serin-Acetyltransferase 1, keine Bedeutung in der Regulation von Hitzeschockgenen durch RES-Oxylipine haben. Die Hitze-Masterregulatoren HSFA1 a,b,d (und e) jedoch sind f{\"u}r die Induktion der Hitzeschockgene HSP101, HSP26.5 und HSFA2 durch RES-Oxylipine essentiell und f{\"u}r DREB2A zumindest teilweise notwendig. Dennoch spielt der durch Hitze induzierbare Transkriptionsfaktor HSFA2 in der Signaltransduktion von RES-Oxylipinen (bez{\"u}glich der Hitzeschockgeninduktion) keine Rolle. Durch ein Screening strukturell verschiedener RES hinsichtlich ihrer Induktion von HSP101 konnte gekl{\"a}rt werden, dass nicht die Anwesenheit einer α,β unges{\"a}ttigten Carbonylgruppe, sondern vielmehr die Eigenschaft der Elektrophilie f{\"u}r die Induktion des HSP101 verantwortlich ist. Auch das RES Sulforaphan vermittelt, wie die RES-Oxylipine OPDA und PGA1, die Induktion der Hitzeschockgene {\"u}ber die HSFA1-Transkritionsfaktoren. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit lag in der Quantifizierung der endogenen Oxylipine in zehn Tage alten Arabidopsis-Keimligen nach einer Hitzebehandlung unter Kurztag-Lichtbedingungen. Weder w{\"a}hrend eines kurzzeitigen Hitzestresses (bis zu 8 h) noch w{\"a}hrend einer l{\"a}ngerfristigen Hitzebehandlung (bis zu 7 Tage) steigt der Gehalt des RES Oxylipins OPDA signifikant an. Das non-RES-Oxylipin Jasmons{\"a}ure hingegen akkumuliert transient (Maximum 2 h nach Beginn eines Hitzestresses) und signifikant, allerdings ist dieser Anstieg in seiner St{\"a}rke (13fach) nicht vergleichbar mit einer Akkumulation beispielsweise nach Verwundung (hier ist ein 1000facher Anstieg m{\"o}glich). In weiteren Experimenten wurde eine m{\"o}gliche Korrelation der endogenen Oxylipin-Akkumulation (verursacht durch Verwundung oder osmotischen Stress) mit der Genexpression von Hitzeschockgenen untersucht. …},
  subject      = {Schmalwand <Arabidopsis>},
  language  = {de}
}
@article{JakobsonVaahteraToldseppetal.2016,
  author    = {Jakobson, Liina and Vaahtera, Lauri and T{\~o}ldsepp, Kadri and Nuhkat, Maris and Wang, Cun and Wang, Yuh-Shuh and H{\~o}rak, Hanna and Valk, Ervin and Pechter, Priit and Sindarovska, Yana and Tang, Jing and Xiao, Chuanlei and Xu, Yang and Talas, Ulvi Gerst and Garc{\´i}a-Sosa, Alfonso T. and Kangasj{\"a}rvi, Saijaliisa and Maran, Uko and Remm, Maido and Roelfsema, M. Rob G. and Hu, Honghong and Kangasj{\"a}rvi, Jaakko and Loog, Mart and Schroeder, Julian I. and Kollist, Hannes and Brosch{\´e}, Mikael},
  title     = {Natural Variation in Arabidopsis Cvi-0 Accession Reveals an Important Role of MPK12 in Guard Cell CO\(_{2}\) Signaling},
  series = {PLoS Biology},
  volume    = {14},
  journal   = {PLoS Biology},
  number    = {12},
  doi       = {10.1371/journal.pbio.2000322},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-166657},
  pages     = {e2000322},
  year      = {2016},
  abstract  = {Plant gas exchange is regulated by guard cells that form stomatal pores. Stomatal adjustments are crucial for plant survival; they regulate uptake of CO\(_{2}\) for photosynthesis, loss of water, and entrance of air pollutants such as ozone. We mapped ozone hypersensitivity, more open stomata, and stomatal CO\(_{2}\)-insensitivity phenotypes of the Arabidopsis thaliana accession Cvi-0 to a single amino acid substitution in MITOGEN-ACTIVATED PROTEIN (MAP) KINASE 12 (MPK12). In parallel, we showed that stomatal CO\(_{2}\)-insensitivity phenotypes of a mutant cis (CO\(_{2}\)-insensitive) were caused by a deletion of MPK12. Lack of MPK12 impaired bicarbonate-induced activation of S-type anion channels. We demonstrated that MPK12 interacted with the protein kinase HIGH LEAF TEMPERATURE 1 (HT1)—a central node in guard cell CO\(_{2}\) signaling—and that MPK12 functions as an inhibitor of HT1. These data provide a new function for plant MPKs as protein kinase inhibitors and suggest a mechanism through which guard cell CO\(_{2}\) signaling controls plant water management.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Foerster2015,
  author    = {F{\"o}rster, Sabrina},
  title     = {Regulation des Kaliumausstroms im ABA- und Jasmonatvermittelten Stomaschluss},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-115455},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Stomata sind mikroskopisch kleine Poren in der Blattoberfl{\"a}che der Landpflanzen, {\"u}ber die das Blattgewebe mit CO2 versorgt wird. Als Schutz vor Austrocknung oder einer Infektion durch Pathogene entwickelte sich ein Mechanismus, um die Porenweite durch Bewegung der sie umgebenden Schließzellen an die Bed{\"u}rfnisse der Pflanze anzupassen. Ein eng gekn{\"u}pftes Signalnetzwerk kontrolliert diese Bewegungen und ist in der Lage, externe wie interne Stimuli zu verarbeiten. Der Schließvorgang wird osmotisch durch den Turgorverlust in den Schließzellen angetrieben, der durch den Efflux von Ionen wie K+ ausgel{\"o}st wird. In dieser Arbeit wurde die Regulation durch Phosphorylierung des wichtigsten K+-Effluxkanals f{\"u}r den Stomaschluss, GORK, untersucht. Folgende Erkenntnisse wurden durch elektrophysiologische Untersuchungen mit der DEVC-Methode gewonnen: GORK wird durch OST1 auf Ca2+- unabh{\"a}ngige und durch CBL1/9-CIPK5 und CBL1-CIPK23 auf Ca2+-abh{\"a}ngige Weise phosphoryliert und damit aktiviert. CBL1 muss CIPK5 an der Plasmamembran verankern und Ca2+ binden. CIPK5 ben{\"o}tigt ATP und eine Konformations{\"a}nderung, um GORK zu phosphorylieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurde auch zum ersten Mal gezeigt, dass die PP2CPhosphatase ABI2 direkt mit einem Kanal interagiert und dessen Aktivit{\"a}t hemmt. ABI2 interagiert auch mit den Kinasen OST1, CIPK5 und CIPK23, sodass die Kontrolle der Kanalaktivit{\"a}t auf multiple Weise stattfinden kann. OST1 und ABI2 verbinden die GORKRegulation mit dem ABA-Signalweg. Schließzellen von gork1-2, cbl1/cbl9 und cipk5-2 sind insensitiv auf MeJA, nicht aber auf ABA. Dies stellt eine direkte Verbindung zwischen dem Jasmonatsignalweg und der Ca2+-Signalgebung dar. Im Rahmen dieser Arbeit konnten weitere Hinweise f{\"u}r das komplexe Zusammenspiel der Phytohormone ABA, JA und des Pseudomonas- Effektors Coronatin gefunden werden. Hier konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass Schließzellen je nach Inkubationszeit unterschiedlich auf MeJA und das Phytotoxin Coronatin reagieren. ABA und Coronatin verhalten sich dabei antagonistisch zueinander, wobei der Effekt der Stimuli auf die Stomaweite von der zeitlichen Abfolge der Perzeption abh{\"a}ngt. Der Jasmonat-Signalweg in Schließzellen l{\"o}st eine geringe ABA-Synthese sowie den Proteinabbau durch das Ubiquitin/26S-Proteasom-System aus und ben{\"o}tigt ABA-Rezeptoren (PYR/PYLs), um einen Stomaschluss einzuleiten. Durch diese Arbeit konnte somit die JA-gesteuerte Regulation des Kaliumefflux-Kanals GORK entschl{\"u}sselt sowie einige Unterschiede zwischen den ABA, JA und Coronatin-vermittelten Schließzellbewegungen aufgedeckt werden.},
  subject      = {Ackerschmalwand},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Steinert2015,
  author    = {Steinert, Claudia},
  title     = {Detektion, Isolierung und Strukturaufkl{\"a}rung von Sekund{\"a}rmetaboliten aus Ancistrocladus congolensis und Arabidopsis thaliana},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-117656},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Die Produktion von Abwehr-, Signal- und Botenstoffen sichert vielen Pflanzen und Mikroorganismen das {\"U}berleben in einer sich st{\"a}ndig wandelnden Umwelt mit zahlreichen Konkurrenten und Feinden. Diese Sekund{\"a}rmetabolite k{\"o}nnen oft medikament{\"o}s gegen Pathogene eingesetzt werden, die den Menschen befallen und Krankheiten verursachen. Die Herausforderung besteht dabei in der selektiven und sensitiven Detektion, der schonenden Isolierung und der richtigen und kompletten Strukturaufkl{\"a}rung dieser Molek{\"u}le, sowie der eventuellen synthetischen Modifikation, um eine bessere Vertr{\"a}glichkeit oder Wirkung f{\"u}r den menschlichen K{\"o}rper zu erreichen. Leistungsf{\"a}hige chromatographische Instrumente zur Trennung wie HPLC und CZE, emfindliche Detektoren wie UV- und Massenspektrometer, sowie aussagekr{\"a}ftige Messverfahren zur Charakterisierung struktureller Merkmale wie NMR- und CD-Spektroskopie und quantenchemische Rechnungen sind dabei von essentieller Bedeutung. Mit diesen - und weiteren - Methoden gelang in der vorliegenden Arbeit die Detektion, Isolierung und Strukturaufkl{\"a}rung neuer Naphthylisochinolin-Alkaloide aus zwei tropischen Ancistrocladus-Lianen, die Charakterisierung von bekannten und neuen Polyketiden aus einem Pilz der Gattung Streptomyces, sowie die Analyse von Glucosinolaten im Phloemsaft der Modellpflanze Arabidopsis thaliana.},
  subject      = {Ancistrocladaceae},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Rienmueller2014,
  author    = {Rienm{\"u}ller, Florian Christian},
  title     = {Untersuchung der oxidativen und pH-abh{\"a}ngigen Regulation der vakuol{\"a}ren Protonen-ATPase und calciumabh{\"a}ngigen vakuol{\"a}ren Membranleitf{\"a}higkeiten von Arabidopsis thaliana},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-104891},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Im Rahmen der hier vorliegenden Arbeit konnten neue Erkenntnisse zur oxidativen, pH- und ATP-abh{\"a}ngigen Regulation der V-ATPase-Funktion in Mesophyllvakuolen von A. thaliana erarbeitet werden. Dazu wurden Patch-Clamp-Experimente an der vakuol{\"a}ren Protonen-ATPase durchgef{\"u}hrt, die eine elektrophysiologische Untersuchung der Protonentransporteigenschaften und deren Regulation erm{\"o}glichten. Zus{\"a}tzlich gestattete die Anwendung von intrazellul{\"a}ren Mikroelektroden zusammen mit einem Fluoreszenz-Bildgebungsverfahren an intakten Wurzelrhizodermiszellen von A. thaliana Keimlingen die in vivo Untersuchung von vakuol{\"a}ren Membranleitf{\"a}higkeiten und deren Regulation durch cytosolisches Calcium. Durch die Patch-Clamp-Technik konnte die Spannungsabh{\"a}ngigkeit der V-ATPase bei verschiedenen luminalen pH-Werten erfasst werden. Mit Hilfe thermodynamischer Berechnungen konnte daraus eine Abnahme der Protonentransportrate pro hydrolysiertem ATP-Molek{\"u}l bei gleichzeitigem Anstieg der vakuol{\"a}ren Protonenkonzentration berechnet werden. Durch die Kombination verschiedener pH-Werte in Cytosol bzw. Vakuole und zus{\"a}tzlich ansteigenden ATP-Konzentrationen konnten tiefere Einblicke in die pH-abh{\"a}ngige Regulation der V-ATPase-Aktivit{\"a}t erlangt werden. Es konnte aufgezeigt werden, dass eine Abweichung des vakuol{\"a}ren pH-Wertes wesentlich st{\"a}rker auf die ATP-Bindungsaffinit{\"a}t und Transportkapazit{\"a}t des Enzyms wirkt, als {\"A}nderungen der Protonenkonzentration auf cytosolischer Seite. Daraus konnte abgeleitet werden, dass cytosolische bzw. luminale pH-{\"A}nderungen auf das gesamte Membran-durchquerende Enzym wirken und jeweils auf die andere Membranseite der V-ATPase weitergegeben werden. Zus{\"a}tzlich wurden die in dieser Arbeit erhobenen Daten zur V-ATPase im Rahmen einer Zusammenarbeit von Prof. Dr. Ingo Dreyer (Universidad Politecnica, Madrid, Spanien) f{\"u}r die Erstellung eines mathematischen Modells genutzt. Es untermauert einen R{\"u}ckkopplungsmechanismus der Protonenkonzentration auf die maximale Protonentransportrate (vmax) und die ATP-Affinit{\"a}t (Km) und schl{\"a}gt eine pH-abh{\"a}ngige Dissoziation der Protonen von der V-ATPase, auch unter ung{\"u}nstigen intrazellul{\"a}ren Bedingungen, vor. Die Ausweitung der Regulationsstudien unter Einbeziehung verschiedener Mutanten konnte in Zusammenarbeit mit Jun. Prof. Dr. Thorsten Seidel und Mitarbeitern (Universit{\"a}t Bielefeld, Deutschland) eine oxidative Inhibierung der V-ATPase-Aktivit{\"a}t durch den Wegfall von Disulfidbr{\"u}cken innerhalb des Pumpproteins erfassen und m{\"o}gliche Auswirkungen von Disulfidbindungen auf die Protonenkopplungsrate aufzeigen. Mit Hilfe von intrazellul{\"a}ren Mikroelektroden konnte im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit der Nachweis erbracht werden, dass vakuol{\"a}re Leitf{\"a}higkeiten von Atrichoblasten in A. thaliana durch Stressfaktoren - verursacht durch den Einstich von intrazellul{\"a}ren Mikroelektroden - deutliche Ver{\"a}nderungen zeigen. Durch die Kombination der Zwei-Elektroden-Spannungsklemme mit einem Fluoreszenz-Bildgebungsverfahren konnte eine Methode zur simultanen Aufzeichnung von Calcium{\"a}nderungen und elektrischen Membranleitf{\"a}higkeiten an Trichoblastenvakuolen entwickelt werden. Dadurch konnte in weiterf{\"u}hrenden Untersuchungen in vivo nachgewiesen werden, dass ein transienter Anstieg der cytosolischen Calciumkonzentration zu einer reversiblen Zunahme der Str{\"o}me von vakuol{\"a}ren Membranleitf{\"a}higkeiten f{\"u}hrt, deren unbekannter Ursprung allerdings bereits bekannten Transportproteinen noch zugeordnet werden muss.},
  subject      = {Ackerschmalwand},
  language  = {de}
}
@article{WallerMuellerPedrotti2013,
  author    = {Waller, Frank and Mueller, Martin J. and Pedrotti, Lorenzo},
  title     = {Piriformospora indica Root Colonization Triggers Local and Systemic Root Responses and Inhibits Secondary Colonization of Distal Roots},
  series = {PLoS ONE},
  journal   = {PLoS ONE},
  doi       = {10.1371/journal.pone.0069352},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-96493},
  year      = {2013},
  abstract  = {Piriformospora indica is a basidiomycete fungus colonizing roots of a wide range of higher plants, including crop plants and the model plant Arabidopsis thaliana. Previous studies have shown that P. indica improves growth, and enhances systemic pathogen resistance in leaves of host plants. To investigate systemic effects within the root system, we established a hydroponic split-root cultivation system for Arabidopsis. Using quantitative real-time PCR, we show that initial P. indica colonization triggers a local, transient response of several defense-related transcripts, of which some were also induced in shoots and in distal, non-colonized roots of the same plant. Systemic effects on distal roots included the inhibition of secondary P. indica colonization. Faster and stronger induction of defense-related transcripts during secondary inoculation revealed that a P. indica pretreatment triggers root-wide priming of defense responses, which could cause the observed reduction of secondary colonization levels. Secondary P. indica colonization also induced defense responses in distant, already colonized parts of the root. Endophytic fungi therefore trigger a spatially specific response in directly colonized and in systemic root tissues of host plants.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Bieber2013,
  author    = {Bieber, Michael},
  title     = {Funktionelle Charakterisierung zweier Lipid Transfer Proteine in der Arabidopsis thaliana Pathogenantwort},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-97682},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Die Multigenfamilie der Lipid Transfer Proteine (LTP) stellt eine Gruppe von kleinen Proteinen dar, welche in allen h{\"o}heren Landpflanzen vorkommen. In der Modellpflanze Arabidopsis thaliana werden 92 Proteine zur Klasse der LTPs gez{\"a}hlt. Die Benennung der Proteinfamilie basiert auf dem beobachteten in vitro Transfer von Lipiden zwischen zwei Membranen. Alle LTPs weisen ein konserviertes, 8 Cysteine beinhaltendes Motiv und eine hydrophobe Tasche auf, welche f{\"u}r die Bindung hydrophober Molek{\"u}le verantwortlich ist. Aufgrund ihrer Signalsequenz werden LTPs {\"u}ber den sekretorischen Weg in den extrazellul{\"a}ren Raum geschleust. F{\"u}r einige pflanzliche LTPs konnte eine derartige Sekretion bereits nachgewiesen werden. F{\"u}r andere LTPs wird eine Funktion in der Kutinbildung, der Embryogenese oder der pflanzlichen Immunantwort gegen Phytopathogene postuliert. Letzteres wurde f{\"u}r DIR1 (DEFECTIVE IN INDUCED RESISTANCE 1) und AZI1 (AZELAIC ACID INDUCED 1) nachgewiesen, w{\"a}hrend von LTPIV.4 (At4g55450) nur bekannt ist, dass die Expression spezifisch in Antwort auf Pathogene induziert ist. Aus diesem Grund wurde in der vorliegenden Arbeit die Funktion von LTPIV.4 und AZI1 in Bezug auf die pflanzliche Pathogenantwort in Arabidopsis thaliana untersucht. Anhand von GFP-Fusionsproteinen konnte f{\"u}r LTPIV.4 und AZI1 eine Endoplasmatische Retikulum-Lokalisierung detektiert werden. Auch eine gewebespezifische Promotoraktivit{\"a}t von LTPIV.4 an den Leitgeweben und in jungen sich entwickelnden Bl{\"a}ttern konnte identifiziert werden. Diese Erkenntnisse lassen darauf schließen, dass LTPIV.4 m{\"o}glicherweise an der Signaltransduktion am/im Leitgewebe mitverantwortlich ist. Im Fokus dieser Arbeit stand die spezifische Einordnung von LTPIV.4 in der Ausbildung der lokalen bzw. systemischen Immunantwort von Arabidopsis thaliana. Anhand einer Infektion von Wildtyppflanzen und LTPIV.4 Mutanten mit zwei verschiedenen Pseudomonasst{\"a}mmen konnte eine LTPIV.4-abh{\"a}ngige Steigerung der pflanzlichen Resistenz gegen die biotrophen Bakterien nachgewiesen werden. In der Resistenz gegen den nekrotrophen Pilz Sclerotinia hingegen zeigte sich keine LTPIV.4 Abh{\"a}ngigkeit. Da die Hormone Salicyls{\"a}ure (SA) und Jasmons{\"a}ure (JA) in der Ausbildung der pflanzlichen Abwehr gegen verschiedene Pathogene wichtig sind, wurden die Hormonlevel von SA und JA in ltpIV.4, 35S::LTPIV.4 sowie in Wildtyppflanzen analysiert. Die untersuchten Phytohormongehalte zeigten eine LTPIV.4 unabh{\"a}ngige, schnelle Akkumulation von SA nach der Infektion mit virulenten (vir) Pseudomonas syringae pv. maculicola (Psm) und eine sp{\"a}tere Erh{\"o}hung der JA-Gehalte. Es konnte somit kein regulatorischer Effekt von LTPIV.4 auf die SA- sowie die JA-Gehalte detektiert werden. Die Expression von SAG13 (SENESCENCE-ASSOCIATED GENE 13) und OXI1 (OXIDATIVE SIGNAL-INDUCIBLE 1), welche eine Funktion im programmierten Zelltod (PCD) haben beziehungsweise durch oxidativen Stress induziert werden, war hingegen erh{\"o}ht in konstitutiv LTPIV.4 exprimierenden Pflanzen, verglichen mit dem Wildtyp von LTPIV.4. Als ein weiterer Ansatzpunkt f{\"u}r die funktionelle Charakterisierung von LTPIV.4 wurde die in vitro Identifizierung m{\"o}glicher Substrate mittels Lipid-Protein-Interaktionsanalysen, sowie einer unspezifischen Metabolomanalyse herangezogen. Bei den Interaktionsanalysen konnten Phosphatids{\"a}uren (PA), Phosphatidylglycerine (PG), Monogalactosyldiacylglycerole (MGDG) und auch Digalactosyldiacylglycerole (DGDG) als Interaktionspartner von LTPIV.4 identifiziert werden. Die Metabolomanalyse zeigte einen quantitativen Unterschied zwischen Wildtyp/35S::LTPIV.4 und ltpIV.4 bei einigen MGDG, DGDG und PG Spezies. Aus den in dieser Arbeit gewonnen Daten l{\"a}sst sich somit schließen, dass LTPIV.4 nach Pathogen/Schaden-assoziierte molekulare Muster- (PAMP/ DAMP-) Erkennung, z.B. von Psm, SA-abh{\"a}ngig vermehrt gebildet wird. Da die konstitutive Expression von LTPIV.4 sowohl zu erh{\"o}hter OXI1 und SAG13 Expression als auch zu erh{\"o}hter Resistenz gegen{\"u}ber Psm f{\"u}hrt, l{\"a}sst sich ein Modell aufstellen, in dem LTPIV.4 als positiver Regulator des PCD die Pathogenresistenz von Arabidopsis erh{\"o}ht. Der zugrunde liegende Mechanismus ist unbekannt. Die Bindung von PAs, PGs, MGDGs und DGDGs an LTPIV.4 in vitro k{\"o}nnte darauf hindeuten, dass auch in vivo hydrophobe Molek{\"u}le gebunden und m{\"o}glicherweise transportiert werden und dies ein Teil der Pathogenantwort ist. Es w{\"a}re z.B. denkbar, dass eine m{\"o}gliche Translokation von LTPIV.4 {\"u}ber das ER in das Zytoplasma oder den apoplastischen Raum erfolgt. Dort interagiert LTPIV.4 mit durch ROS gebildeten, oxidierten Lipiden oder DAMPs und l{\"o}st entweder symplastisch durch eine Interaktion in der Infizierten Zelle oder in intakten Nachbarzellen durch eine weitere Signaltransduktionskaskade den PCD sowie eine erh{\"o}hte ROS Bildung aus, oder das LTP interagiert spezifisch mit oxidierten Lipiden oder DAMPs von abgestorbenen Nachbarzellen, und l{\"o}st eine intrazellul{\"a}re Signalkaskade mit Initiierung des PCD sowie erh{\"o}hter ROS-Bildung aus. AZI1 wurde als zweites LTP in dieser Arbeit einbezogen. Ausgehend von der Beobachtung, dass die konstitutive Expression von AZI1 die Resistenz gegen das nekrotrophe Pathogene Botrytis cinerea erh{\"o}ht, sollte in der vorliegenden Arbeit detailiert untersucht werden, ob AZI1 eine Rolle in der Resistenz gegen das nekrotrophe Pathogen Sclerotinia sclerotiorum spielt. Die azi1-1 Mutante zeigte hierbei jedoch eine erh{\"o}hte Resistenz gegen den nekrotrophen Pilz Sclerotinia sclerotiorum. Da bisher keine Unterschiede in der Genexpression von spezifischen Markergenen in WT und azi1-1 Pflanzen nach Sklerotiniainfektion festgestellt werden konnte und es auch f{\"u}r LTPs bekannt ist, dass sie eine Rolle in der Kutikulasynthese spielen, w{\"a}re eine Hypothese, dass die unterschiedlichen Infektionsph{\"a}notypen mit Sclerotinia und Botrytis auf eine strukturelle Ver{\"a}nderung der Kutikulabeschaffenheit zur{\"u}ckzuf{\"u}hren sind. Weiterhin konnte f{\"u}r AZI1 eine m{\"o}gliche Rolle in der Verwundungsantwort detektiert werden, da sowohl die AZI1 Genexpression, als auch die erhaltenen basal signifikant erh{\"o}hten 12-oxo-Phytodiens{\"a}ure (OPDA)-Gehalte auf eine negativ regulatorische Rolle von AZI1 in der Verwundungs-abh{\"a}ngigen JA-Signaltransduktion hindeuten.},
  subject      = {Lipid-Carrier-Proteine},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Reisberg2013,
  author    = {Reisberg, Eva},
  title     = {Der Einfluss von Trichomen und kutikul{\"a}ren Lipiden auf die bakterielle Besiedelung von Arabidopsis thaliana-Bl{\"a}ttern},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-83971},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Die oberirdischen Oberfl{\"a}chen von Pflanzen sind von komplexen mikrobiellen Konsortien besiedelt deren Zusammensetzung von verschiedenen Faktoren abh{\"a}ngig ist. In der vorliegenden Promotionsarbeit wurden zwei Eigenschaften pflanzlicher Oberfl{\"a}chen auf m{\"o}gliche Auswirkungen auf ihre bakterielle Besiedelung hin untersucht. Dazu wurden Wildtyplinien und Mutanten von Arabidopsis thaliana eingesetzt. Zun{\"a}chst wurde die bakterielle Besiedelung von A. thaliana Wildtyplinien in kultivierungsbasierten Experimenten untersucht. Es wurde hierbei ein {\"U}berblick {\"u}ber die kultivierbare Diversit{\"a}t auf Pflanzen, die unter kontrollierten Bedingungen im Klimaschrank gewachsen waren und Pflanzen, die einen Freilandaufenthalt durchlaufen hatten, gewonnen. Der Einfluss von nicht-dr{\"u}sigen Trichomen von A. thaliana auf die Quantit{\"a}t und Diversit{\"a}t der bakteriellen Besiedelung wurde am A. thaliana Col-0-Wildtyp mit normaler Behaarung und der trichomlosen gl1-Mutante untersucht. Mithilfe von DAPI-F{\"a}rbungen und nachfolgender Zellz{\"a}hlung wurden die bakteriellen Gemeinschaften der beiden Pflanzenlinien quantifiziert. Dabei zeigten sich keine pflanzenlinienspezifischen Unterschiede. Durch die Amplifizierung der bakteriellen 16S rRNA-Gene der Gemeinschaft und den nachfolgenden Einsatz der Denaturierenden Gradientengelelektrophorese (DGGE) wurde ein {\"U}berblick {\"u}ber die Diversit{\"a}t der vorherrschenden Bakteriengruppen gewonnen. Obwohl Trichome als bevorzugte Siedlungspl{\"a}tze von Bakterien gelten, wurden hier auch hinsichtlich der Diversit{\"a}t der bakteriellen Gemeinschaften keine Unterschiede zwischen den untersuchten Pflanzenlinien gefunden. Als weiteres artspezifisches Merkmal von Pflanzenoberfl{\"a}chen wurde die Zusammensetzung der kutikul{\"a}ren Wachse als Einflussfaktor untersucht. Daf{\"u}r wurden vier eceriferum-Mutanten (cer) von A. thaliana in Landsberg erecta (Ler) Wildtyp-Hintergrund eingesetzt, die sich hinsichtlich der kutikul{\"a}ren Wachszusammensetzung ihrer Bl{\"a}tter unterschieden. Zur Untersuchung der Diversit{\"a}t der bakteriellen Besiedelung wurde zun{\"a}chst ein DGGE-Screening durchgef{\"u}hrt. Hier zeigten sich deutliche pflanzenlinienspezifische Unterschiede, die vor allem die Gemeinschaften der cer9- und der cer16-Mutante betrafen. Zur genaueren Charakterisierung der bakteriellen Gemeinschaften der f{\"u}nf Pflanzenlinien wurde die Amplicon-Pyrosequenzierung eingesetzt. Hierbei stellte sich die bakterielle Diversit{\"a}t auf allen Pflanzenlinien entsprechend des Phyllosph{\"a}renhabitats moderat divers und ungleich verteilt dar. Die Identifizierung der sequenzierten Phylotypen ließ eine bakterielle Kerngemeinschaft erkennen. Weiterhin wurden 35 Phylotypen identifiziert, die differenziell auf einzelnen Pflanzenlinien auftraten. Hier handelte es sich um den pflanzenlinienspezifischen Teil der bakteriellen Gemeinschaften. Die statistische Analyse zeigte deutlich divergente Muster f{\"u}r die analysierten Bakteriengemeinschaften der f{\"u}nf Pflanzenlinien. Vor allem die Gemeinschaften der cer6-, cer9- und cer16-Linie konnten in einer UniFrac-basierten Clusteranalyse von den anderen Pflanzenlinien abgegrenzt werden. Diese Ergebnisse zeigen klar, dass die Mutationen in der Wachsbiosynthese zu divergenten bakteriellen Gemeinschaften f{\"u}hrten.},
  subject      = {Ackerschmalwand},
  language  = {de}
}