@phdthesis{Planchet2004,
  author    = {Planchet, Elisabeth},
  title     = {Nitric oxide production by tobacco plants and cell cultures under normal conditions and under stress},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-9339},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Stickstoffmonoxid (NO) ist ein gasf{\"o}rmiges freies Radikal. In tierischen Geweben ist NO an der Regulation vieler physiologischer Prozesse beteiligt. In den letzten zehn Jahren wurde immer wahrscheinlicher, dass NO auch in Pflanzen als „second messenger" fungiert. Besonderes Interesse fanden Berichte, dass NO als intermedi{\"a}res Signal bei der Induktion der hypersensitiven Antwort (HR) von Pflanzen auf Pathogene involviert ist. Im Gegensatz zu Tieren haben Pflanzen wahrscheinlich eine Reihe verschiedener Systeme, die NO produzieren k{\"o}nnen. Potentielle Kandidaten daf{\"u}r sind: cytosolische Nitratreduktase (NR; EC 1.6.6.1), PM-gebundene Nitrit: NO Reduktase (Ni:NOR), NO-Synthase (NOS; EC 1.14.13.39) und Xanthindehydrogenase (XDH; EC 1.1.1.204). Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, die NO-Produktion von Pflanzen zu quantifizieren und die beteiligten enzymatischen Schritte zu identifizieren. Als wichtigste Methode zur NO-Messung wurde die Chemilumineszenz verwendet, mit der die NO Emission aus Pflanzen, Zellsuspensionen oder Enzyml{\"o}sungen in NO-freie Luft oder N2 in Echtzeit verfolgt werden konnte. Wir benutzten f{\"u}r unsere Analyse: Tabak Wildtyp (N. tabacum cv Xanthi oder cv Gatersleben) und Zellsuspensionskulturen davon, NR-freie Mutanten oder WT Pflanzen, die auf Ammonium angezogen wurden um NR-Induktion zu vermeiden, Pflanzen die auf Wolframat an Stelle von Molybdat wuchsen um die Synthese funktionierender MoCo-Enzyme zu unterdr{\"u}cken, und eine NO-{\"u}berproduzierende, Nitritreduktase (NiR)-defiziente Transformante. Normale Bl{\"a}tter von nitratern{\"a}hrten Pflanzen zeigten eine typisches NO-Emissionsmuster,bei dem die NO-Emission im Dunkeln niedrig, im Licht viel h{\"o}her, und unter anoxischen Bedingungen im Dunkeln mit weitem Abstand am h{\"o}chsten war. Aber selbst nach Erreichen maximaler Raten war die NO-Emission h{\"o}chstens 1 \% der extrahierbaren NR Aktivit{\"a}t. Auch eine L{\"o}sung hochgereinigter Nitratreduktase produzierte NO aus den Substraten Nitrit und NADH, und auch hier war die Rate der NO-Emission nur maximal 1\% der vorhandenen NR-Aktivit{\"a}t. Dieses {\"u}bereinstimmende Verh{\"a}ltnis von NR Aktivit{\"a}t und NO-Emission in Bl{\"a}ttern, Zellsuspensionen und einer NR-L{\"o}sung zeigt an dass die NO-L{\"o}schung nur gering war und dass deshalb die NO-Emissionsmessung eine zuverl{\"a}ssige Methode zur Quantifizierung der NO Produktion sein sollte. Die NO-Emission aus einer NiR-defizienten, nitritakkumulierenden Transformante warimmer sehr hoch. NR-freie Pflanzen oder Zellsuspensionen produzierten dagegen normalerweise kein NO, woraus geschlossen werden konnte, dass hier NR die einzige NOQuelle war. Die Rate war in der Regel korreliert mit der Nitritkonzentration, aber cytosolisches NADH erschien als ein weiterer wichtiger limitierender Faktor.{\"U}berraschenderweise reduzierten aber auch NR-freie Pflanzen oder Zellkulturen unter anoxischen Bedingungen Nitrit zu NO. Das beteiligte Enzymsystem war kein MoCo-Enzym und war Cyanid-sensitiv. Der pilzliche Elicitor Cryptogein induzierte nach Infiltration in Bl{\"a}tter oder nach Zugabe zu Zellsuspensionen bereits in nanomolaren Konzentrationen den Zelltod. Diese Antwort wurde verhindert oder zumindest stark verz{\"o}gert durch den NO-Scavenger PTIO oder c-PTIO. Die Schlussfolgerung war zun{\"a}chst, das NO tats{\"a}chlich an der HR-Induktion involviert war. Da aber das Reaktionsprodukt von c-PTIO und NO, c-PTI, den HR ebenfalls verhinderte ohne jedoch NO zu l{\"o}schen, scheint die weit verbreitete Verwendung von c-PTIO und seinen Derivaten f{\"u}r die Beweisf{\"u}hrung einer Beteiligung von NO zumindest fragw{\"u}rdig. Der HR wurde unterschiedslos sowohl in WT-Pflanzen als auch in NR-freien Pflanzen bzw. Zellsuspensionen induziert. NR ist also offensichtlich f{\"u}r den HR nicht erforderlich. Im Gegensatz zur publizierten Literaturdaten verhinderte auch eine kontinuierliche hohe {\"U}berproduktion von NO die Auspr{\"a}gung des HR nicht. Besonders {\"u}berraschend war der Befund, dass trotz der Hemmung des HR durch PTIO keinerlei Cryptogein-induzierte NO Produktion in Bl{\"a}ttern messbar war. Allerdings wurde in nitratern{\"a}hrten Zellsuspensionskulturen ca. 3-6 h nach Cryptogein-Gabe eine -wenn auch geringe-NOEmission beobachtet, die von einer Nitritakkumulation begleitet war. Beides blieb in Ammonium-ern{\"a}hrten Kulturen aus. Hier schien also eine gewisse Relation zwischen Cryptogein-induzierter NO Emission, NR und Nitrit zu bestehen, die im Detail noch nicht verstanden ist. Da der Zelltod aber auch in NR-freien Zellsuspensionskulturen auftrat, besteht offensichtlich kein kausaler Zusammenhang zwischen dieser NO-Emission, Nitritakkumulation und der Cryptogein-Wirkung. Da NOS-Inhibitoren weder den Zelltod noch die nitritanh{\"a}ngige NO-Emission verhinderten, scheint eine NOS-artige Aktivit{\"a}t ebenfalls keine Rolle zu spielen. Insgesamt werden damit die in der Literatur etablierte Rolle von NO als Signal beim HR und die Rolle von NOS als NO-Quelle stark in Frage gestellt.},
  subject      = {Tabak},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Stoimenova2002,
  author    = {Stoimenova, Maria},
  title     = {Normoxic and anoxic metabolism of Nicotiana tabacum transformants lacking root nitrate reductase},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-3498},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2002},
  abstract  = {The aim of this work was to find out whether and how nitrate reduction in roots would facilitate survival of hypoxic and anoxic (flooding)-phases. For that purpose, we compared the response of roots of hydroponically grown tobacco wildtype (Nicotiana tabacum cv. Gatersleben) and of a transformant (LNR-H) with no nitrate reductase (NR) in the roots but almost normal NR in leaves (based on a nia2-double mutant). As an additional control we used occasionally a 35S-transformant of the same nia2-double mutant, which on the same genetic background constitutively expressed NR in all organs. In some cases, we also compared the response of roots from WT plants, which had been grown on tungstate for some time in order to completely suppress NR activity. The following root parameters were examined: 1) Growth and morphology 2) Root respiration rates and leaf transpiration 3) Metabolite contents in roots (ATP, hexosemonophosphates, free sugars, starch, amino acids, total protein) 4) Inorganic cation and anion contents 5) Lactate and ethanol production 6) Extractable LDH-and ADH-activities 7) Cytosolic pH values (by 31P-NMR) 8) NO Cation and anion contents of roots from WT and LNR-H were only slightly different, confirming that these plants would be better suited for our purposes than the widely used comparison of nitrate-versus ammonium-grown plants, which usually show up with dramatic differences in their ion contents. Normoxia: LNR-H-plants had shorter and thicker roots than WT with a lower roots surface area per leaf FW. This was probably the major cause for the significantly lower specific leaf transpiration of LNR-H. WT-roots had lower respiration rates, lower ATP-and HMP-contents, slightly lower sugar- and starch contents and somewhat lower amino acid contents than LNR-H roots. However, total protein/FW was almost identical. Obviously the LNR-H transformants did not suffer from N-defciency, and their energy status appeared even better than that of WT-roots. Data from the 35S-transformant were similar to those of WT. This indicates that the observed differences between WT and LNR-H were not due to unknown factors of the genetic nia2-background, but that they could be really traced back to the presence resp. absence of nitrate reduction. Anoxia: Under short-term anoxia (2h) LNR-H plants, but not WT-plants exhibited clear symptoms of wilting, although leaf transpiration was lower with LNR-H. Reasons are not known yet. LNR-H roots produced much more ethanol (which was excreted) and lactate compared to WT, but extractable ADH and LDH activities, were not induced by anoxia. However, the LDH activity background was twice as high as that of the WT troughout the time period studied. Tungstate-treated WT-roots also gave higher fermentation rates than normal WT roots. Sugar- and HMP-contents remained higher in LNR-H roots than in WT. NR in WT roots was activated under anoxia and roots accumulated nitrite, which was also released to the medium. 31P-NMR spectroscopy showed that LNR-H- roots, in spite of their better energy status, acidified their cytosol more than WT roots. Conclusions: Obviously nitrate reduction affects - by as yet unknown mechanisms - root growth and morphology. The much lower anoxic fermentation rates of WT-roots compared to LNR-H roots could not be traced back to an alternative NADH consumption by nitrate reduction, since NR activity was too low for that. An overall estimation of H+-production by glycolysis, fermentation and nitrate reduction (without nitrite reduction, which was absent under anoxia) indicated that the stronger cytosolic acidification of anoxic LNR-H roots was based on their higher fermentation rates. Thus, nitrate reduction under anoxia appears advantageous because of lower fermentation rates and concomitantly lower cytosolic acidification. However, it remained unclear why fermentation rates were so different. Perspective: Preliminary experiments had indicated that WT-roots produced more nitric oxide (NO) under anoxia than LNR-H-roots. Accordingly, we suggest that nitrate reduction, beyond a merely increased NADH-consumption, would lead to advantageous changes in metabolism, eventually via NO-production, which is increasingly recognized as an important signaling compound regulating many plant functions.},
  subject      = {Tabak},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Siefritz2002,
  author    = {Siefritz, Franka},
  title     = {Expression and Function of the Nicotiana tabacum Aquaporin NtAQP1},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-3053},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2002},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit zeigt die Korrelation zwischen r{\"a}umlichem und zeitlichem Expressionsmuster von dem Aquaporin NtAQP1 und seiner Funktion im Wasserhaushalt in planta. Immunologische in situ-Studien deuteten auf eine NtAQP1-Protein-Akkumulation in der Wurzelexodermis und -endodermis, im Cortex, in der N{\"a}he der Leitb{\"u}ndel, im Xylemparenchym und in Zellen der Atemh{\"o}hle hin. Das Aquaporin wurde auch in longitudinalen Zellreihen der Petiolen in erh{\"o}hten Mengen gefunden. Expressionsstudien mit transgenen Pflanzen (Ntaqp1-Promotor::gus oder ::luc) best{\"a}tigten die NtAQP1-Akkumulation in der Wurzel, dem Spross und den Petiolen, lokalisierten dessen Expression aber auch in Pollen, Adventivwurzel und Blatthaaren. Die Ntaqp1-Expression wurde w{\"a}hrend Wachstumsprozessen wie Sprossorientierung nach Gravistimulation oder Photostimulation, Samenkeimung, aber auch w{\"a}hrend der vergleichsweise schnellen circadianen Blattbewegung induziert. Die Expression wurde weiterhin durch Phytohormone, im Speziellen durch Gibberellins{\"a}ure (GA) und osmotischen Stress stimuliert. Weitere Analysen hoben eine diurnale und sogar circadiane Expression von Ntaqp1 in Wurzeln und Petiolen hervor. Die funktionelle Analyse des Aquaporins wurde mittels reverser Genetik und biophysikalischen Studien durchgef{\"u}hrt. Die Antisense-Technik wurde benutzt, um die NtAQP1-Expression in Tabakpflanzen zu reduzieren. Die Antisense (AS)-Pflanzen zeigten eine starke Verringerung der Ntaqp1-mRNA, eine weniger ausgepr{\"a}gte Verminderung der hoch homologen NtPIP1a-mRNA und keinen Effekt auf die Expression anderer Aquaporin-Genfamilien (PIP2, TIP). Die Funktion von NtAQP1 auf zellul{\"a}rer Ebene wurde mit einer hierf{\"u}r neuentwickelten Apparatur untersucht. Der experimentelle Aufbau erm{\"o}glichte die Aufzeichnung der osmotisch induzierten Protoplasten-Volumenzunahme. Die Reduktion von NtAQP1 durch die Antisense-Expression verminderte die zellul{\"a}re Wasserpermeabilit{\"a}t um mehr als 50 \%. Die Funktion von NtAQP1 in der Gesamtpflanze wurde z.B. durch die "High-pressure flow meter" Methode bestimmt. Diese Messungen ergaben eine Reduktion der hydraulischen Wurzelleitf{\"a}higkeit pro Wurzeloberfl{\"a}cheneinheit (KRA) der Wurzeln der AS-Linien um mehr als 50 \%. Die KRA wies eine starke diurnale und circadiane Schwankung auf, mit einem Maximum in der Mitte der Lichtperiode, {\"a}hnlich dem Verlauf des Expressionsmusters von Ntaqp1 in Wurzeln. Unter gut gew{\"a}sserten Bedingungen ergaben Gaswechsel-, Spross- (Ystem) und Blatt- Wasserpotenial (Yleaf)-Messungen unterschiedliche Werte in AS- und Kontrollpflanzen. In wasserlimitierender Umgebung zeigten AS-Pflanzen jedoch ein st{\"a}rker negativeres Y als Kontrollpflanzen, obwohl eine weitere Abnahme der Transpiration in AS-Pflanzen beobachtet werden konnte. Quantitative Analysen belegten eine st{\"a}rker ausgepr{\"a}gte Welkreaktion in den AS- als in den Kontrollpflanzen. Quantitative Studien der Blattbewegung von AS- verglichen mit Kontrollpflanzen hoben eine drastische Reduktion in Geschwindigkeit und Ausmaß der Reaktion hervor. Folgende Schlussfolgerungen konnten gezogen werden. NtAQP1 wurde an Orten mit erwartet hohem Wasserfluss von und zum Apoplasten oder Symplasten exprimiert. Außerdem deuteten das spezifische Verteilungsmuster und die zeitliche Expression von NtAQP1 in Petiolen und dem sich biegenden Spross auf eine Beteiligung in der transzellul{\"a}ren Wasserbewegung hin. Die Reduktion von NtAQP1 durch die Antisense-Expression verringerte die zellul{\"a}re Pos. Die NtAQP1-Funktion erh{\"o}ht also eindeutig die Membranwasserpermeabilit{\"a}t von Tabak-Wurzelprotoplasten. Die Abnahme der spezifischen hydraulischen Wurzelleitf{\"a}higkeit (KRA) befand sich in der gleichen Gr{\"o}ßenordnung wie die Verringerung der mittleren zellul{\"a}ren Wasserpermeabilit{\"a}t. Dies weist darauf hin, dass die Aquaporin-Expression essentiell f{\"u}r die Aufrechterhaltung der nat{\"u}rlichen Wurzelleitf{\"a}higkeit ist. Die Verringerung von KRA in AS -Pflanzen k{\"o}nnte der erste sichere Beweis daf{\"u}r sein, dass der Weg der Wasseraufnahme von der Wurzeloberfl{\"a}che in das Xylem den {\"U}bergang {\"u}ber Membranen einschließt. Die Reduktion von NtAQP1 resultierte in einem Wasserstresssignal, das ein Schließen der Stomata zur Folge hatte. NtAQP1 scheint an der Vermeidung von Wasserstress in Tabak beteiligt zu sein. NtAQP1 spielt eine essentielle Rolle bei schnellen Pflanzenbewegungen und der transzellul{\"a}ren Wasserverschiebung.},
  subject      = {Tabak},
  language  = {en}
}