@phdthesis{Kopic2024,
  author    = {Kopic, Eva},
  title     = {On the physiological role of post-translational regulation of the \(Arabidopsis\) guard cell outward rectifying potassium channel GORK},
  doi       = {10.25972/OPUS-34880},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-348806},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2024},
  abstract  = {Das streng regulierte Gleichgewicht zwischen CO2-Aufnahme und Transpiration ist f{\"u}r Pflanzen essentiell und h{\"a}ngt von kontrollierten Turgor{\"a}nderungen ab, die durch die Aktivit{\"a}t verschiedener Anionen- und Kationenkan{\"a}le verursacht werden. Diese Kan{\"a}le sind Teil von Signalkaskaden, die z. B. durch Phytohormone wie ABA (Abscisins{\"a}ure) und JA (Jasmonat) ausgel{\"o}st werden, die beide bei Trockenstress in den Schließzellen wirken. Dar{\"u}ber hinaus ist bekannt, dass JA an der Reaktion der Pflanze auf Pathogenbefall oder Verwundung beteiligt ist. GORK (guard cell outward rectifying K+ channel) ist der einzige bekannte, ausw{\"a}rts gleichrichtende K+-Kanal in Schließzellen und somit f{\"u}r den K+-Efflux beim Schließen der Stomata verantwortlich. Im Rahmen dieser Arbeit konnte nachgewiesen werden, dass GORK ein wesentlicher Bestandteil des JA-induzierten Stomatschlusses ist. Dies gilt f{\"u}r beide Ausl{\"o}ser, sowohl die Blattverwundung als auch die direkte Anwendung von JA. Patch-Clamp-Experimente an Protoplasten von Schließzellen untermauerten dieses Ergebnis, indem sie GORK-K+-Ausw{\"a}rtsstr{\"o}me als direktes Ziel von JA-Signalen entlarvten. Da bekannt ist, dass zytosolische Ca2+-Signale sowohl bei ABA- als auch bei JA-Signalen eine Rolle spielen, wurde die Interaktion von GORK mit Ca2+-abh{\"a}ngigen Kinasen untersucht. Eine antagonistische Regulation von GORK durch CIPK5-CBL1/9-Komplexe und ABI2 konnte durch DEVC (double electrode voltage clamp) sowie Protein-Protein-Interaktions-Experimente identifiziert und durch in-vitro Kinase-Assays untermauert werden. Patch-Clamp-Aufzeichnungen an Protoplasten von Schließzellen der cipk5-2 Funktions-Verlust-Mutante zeigten die Bedeutung von CIPK5 f{\"u}r den JA-induzierten Stomaschluss via Aktivierung von GORK. Die Interaktion verschiedener CDPKs (Ca2+-abh{\"a}ngige Proteinkinasen) mit GORK wurde ebenfalls untersucht. Neben der Ca2+-Signal{\"u}bertragung ist auch die Produktion von ROS (reaktive Sauerstoffspezies) f{\"u}r die ABA- und MeJA-Signal{\"u}bertragung von Bedeutung. In DEVC-Experimenten konnte ein reversibler Effekt von ROS auf die GORK-Kanalaktivit{\"a}t nachgewiesen werden, was ein Teil der Erkl{\"a}rung f{\"u}r diese ROS-Effekte bei ABA- und MeJA-Signalen sein k{\"o}nnte.},
  subject      = {Spalt{\"o}ffnung},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Glenz2019,
  author    = {Glenz, Ren{\´e}},
  title     = {Die Rolle von Sphingobasen in der pflanzlichen Zelltodreaktion},
  doi       = {10.25972/OPUS-18790},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-187903},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Sphingobasen bilden das Grundger{\"u}st und die Ausgangsbausteine f{\"u}r die Biosynthese von Sphingolipiden. W{\"a}hrend komplexere Sphingolipide einen wichtigen Bestandteil von eukaryotischen Membranen bilden, sind Sphingobasen, die auch als long-chain bases (LCBs) bezeichnet werden, als Signalmolek{\"u}le bei zellul{\"a}ren Prozessen in Eukaryoten bekannt. Im tierischen System wurden antagonistische Effekte von nicht-phosphorylierten Sphingobasen (LCBs) und ihren phosphorylierten Gegenst{\"u}cken (LCB-Ps) bei vielen Zellfunktionen, insbesondere der Apoptose, nachgewiesen und die zugrundeliegenden Signalwege umfassend aufgekl{\"a}rt. Im Gegensatz dazu sind in Pflanzen weniger Belege f{\"u}r einen antagonistischen Effekt und m{\"o}gliche Signaltransduktionsmechanismen bekannt. F{\"u}r eine regulatorische Funktion von Sphingobasen beim programmierten Zelltod (PCD) in Pflanzen existieren mehrere Hinweise: (I) Mutationen in Genen, die den Sphingobasen-Metabolismus betreffen, f{\"u}hren zum Teil zu spontanem PCD und ver{\"a}nderten Zelltodreaktionen. (II) Die Gehalte von LCBs sind bei verschiedenen Zelltod-ausl{\"o}senden Bedingungen erh{\"o}ht. (III) Nekrotrophe Pathogene produzieren Toxine, wie Fumonisin B1 (FB1), die mit dem Sphingolipid-Metabolismus der Wirtspflanze interferieren, was wiederum die Ursache f{\"u}r den dadurch ausgel{\"o}sten PCD darstellt. (IV) Die Behandlung von Pflanzen mit LCBs, nicht aber mit LCB-Ps, f{\"u}hrt zu Zelltod. In dieser Arbeit wurde die Rolle von Sphingobasen in der pflanzlichen Zelltodreaktion untersucht, wobei der Fokus auf der {\"U}berpr{\"u}fung der Hypothese eines antagonistischen, Zelltod-hemmenden Effekts von LCB-Ps lag. Anhand von Leitf{\"a}higkeit-basierten Messungen bei Blattscheiben von Arabidopsis thaliana wurde der durch Behandlung mit LCBs und separater oder gleichzeitiger Zugabe von LCB-Ps auftretende Zelltod bestimmt. Mit dieser Art der Quantifizierung wurde der an anderer Stelle publizierte inhibierende Effekt von LCB-Ps auf den LCB-induzierten Zelltod nachgewiesen. Durch parallele Messung der Spiegel der applizierten Sphingobasen im Gewebe mittels HPLC-MS/MS konnte dieser Antagonismus allerdings auf eine reduzierte Aufnahme der LCB bei Anwesenheit der LCB-P zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden, was auch durch eine zeitlich getrennte Behandlung mit den Sphingobasen best{\"a}tigt wurde. Dar{\"u}ber hinaus wurde der Einfluss einer exogenen Zugabe von LCBs und LCB-Ps auf den durch Pseudomonas syringae induzierten Zelltod von A. thaliana untersucht. F{\"u}r LCB-Ps wurde dabei kein Zelltod-hemmender Effekt beobachtet, ebenso wenig wie ein Einfluss von LCB-Ps auf den PCD, der durch rekombinante Expression und Erkennung eines Avirulenzproteins in Arabidopsis ausgel{\"o}st wurde. F{\"u}r LCBs wurde dagegen eine direkte antibakterielle Wirkung im Zuge der Experimente mit P. syringae gezeigt, die den in einer anderen Publikation beschriebenen inhibierenden Effekt von LCBs auf den Pathogen-induzierten Zelltod in Pflanzen relativiert. In weiteren Ans{\"a}tzen wurden Arabidopsis-Mutanten von Enzymen des Sphingobasen-Metabolismus (LCB-Kinase, LCB-P-Phosphatase, LCB-P-Lyase) hinsichtlich ver{\"a}nderter in-situ-Spiegel von LCBs/LCB-Ps funktionell charakterisiert. Der Ph{\"a}notyp der Mutanten gegen{\"u}ber Fumonisin B1 wurde zum einen anhand eines Wachstumstests mit Keimlingen und zum anderen anhand des Zelltods von Blattscheiben bestimmt und die dabei akkumulierenden Sphingobasen quantifiziert. Die Sensitivit{\"a}t der verschiedenen Linien gegen{\"u}ber FB1 korrelierte eng mit den Spiegeln der LCBs, w{\"a}hrend hohe Gehalte von LCB-Ps alleine nicht in der Lage waren den Zelltod zu verringern. In einzelnen Mutanten konnte sogar eine Korrelation von stark erh{\"o}hten LCB-P-Spiegeln mit einer besonderen Sensitivit{\"a}t gegen{\"u}ber FB1 festgestellt werden. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit stellen die Hypothese eines antagonistischen Effekts von phosphorylierten Sphingobasen beim pflanzlichen Zelltod in Frage. Stattdessen konnte in detaillierten Analysen der Sphingobasen-Spiegel die positive Korrelation der Gehalte von LCBs mit dem Zelltod gezeigt werden. Die hier durchgef{\"u}hrten Experimente liefern damit nicht nur weitere Belege f{\"u}r die Zelltod-f{\"o}rdernde Wirkung von nicht-phosphorylierten Sphingobasen, sondern tragen zum Verst{\"a}ndnis der Sphingobasen-Hom{\"o}ostase und des Sphingobasen-induzierten PCD in Pflanzen bei.},
  subject      = {Sphingolipide},
  language  = {de}
}
@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{Bemm2018,
  author    = {Bemm, Felix Mathias},
  title     = {Genetic foundation of unrivaled survival strategies - Of water bears and carnivorous plants -},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-157109},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {All living organisms leverage mechanisms and response systems to optimize reproduction, defense, survival, and competitiveness within their natural habitat. Evolutionary theories such as the universal adaptive strategy theory (UAST) developed by John Philip Grime (1979) attempt to describe how these systems are limited by the trade-off between growth, maintenance and regeneration; known as the universal three-way trade-off. Grime introduced three adaptive strategies that enable organisms to coop with either high or low intensities of stress (e.g., nutrient deficiency) and environmental disturbance (e.g., seasons). The competitor is able to outcompete other organisms by efficiently tapping available resources in environments of low intensity stress and disturbance (e.g., rapid growers). A ruderal specism is able to rapidly complete the life cycle especially during high intensity disturbance and low intensity stress (e.g., annual colonizers). The stress tolerator is able to respond to high intensity stress with physiological variability but is limited to low intensity disturbance environments. Carnivorous plants like D. muscipula and tardigrades like M. tardigradum are two extreme examples for such stress tolerators. D. muscipula traps insects in its native habitat (green swamps in North and South Carolina) with specialized leaves and thereby is able to tolerate nutrient deficient soils. M. tardigradum on the other side, is able to escape desiccation of its terrestrial habitat like mosses and lichens which are usually covered by a water film but regularly fall completely dry. The stress tolerance of the two species is the central study object of this thesis. In both cases, high througput sequencing data and methods were used to test for transcriptomic (D. muscipula) or genomic adaptations (M. tardigradum) which underly the stress tolerance. A new hardware resource including computing cluster and high availability storage system was implemented in the first months of the thesis work to effectively analyze the vast amounts of data generated for both projects. Side-by-side, the data management resource TBro [14] was established together with students to intuitively approach complex biological questions and enhance collaboration between researchers of several different disciplines. Thereafter, the unique trapping abilities of D. muscipula were studied using a whole transcriptome approach. Prey-dependent changes of the transcriptional landscape as well as individual tissue-specific aspects of the whole plant were studied. The analysis revealed that non-stimulated traps of D. muscipula exhibit the expected hallmarks of any typical leaf but operates evolutionary conserved stress-related pathways including defense-associated responses when digesting prey. An integrative approach, combining proteome and transcriptome data further enabled the detailed description of the digestive cocktail and the potential nutrient uptake machinery of the plant. The published work [25] as well as a accompanying video material (https://www.eurekalert.org/pub_releases/ 2016-05/cshl-fgr042816.php; Video credit: S{\"o}nke Scherzer) gained global press coverage and successfully underlined the advantages of D. muscipula as experimental system to understand the carnivorous syndrome. The analysis of the peculiar stress tolerance of M. tardigradum during cryptobiosis was carried out using a genomic approach. First, the genome size of M. tardigradum was estimated, the genome sequenced, assembled and annotated. The first draft of M. tardigradum and the workflow used to established its genome draft helped scrutinizing the first ever released tardigrade genome (Hypsibius dujardini) and demonstrated how (bacterial) contamination can influence whole genome analysis efforts [27]. Finally, the M. tardigradum genome was compared to two other tardigrades and all species present in the current release of the Ensembl Metazoa database. The analysis revealed that tardigrade genomes are not that different from those of other Ecdysozoa. The availability of the three genomes allowed the delineation of their phylogenetic position within the Ecdysozoa and placed them as sister taxa to the nematodes. Thereby, the comparative analysis helped to identify evolutionary trends within this metazoan lineage. Surprisingly, the analysis did not reveal general mechanisms (shared by all available tardigrade genomes) behind the arguably most peculiar feature of tardigrades; their enormous stress tolerance. The lack of molecular evidence for individual tardigrade species (e.g., gene expression data for M. tardigradum) and the non-existence of a universal experimental framework which enables hypothesis testing withing the whole phylum Tardigrada, made it nearly impossible to link footprints of genomic adaptations to the unusual physiological capabilities. Nevertheless, the (comparative) genomic framework established during this project will help to understand how evolution tinkered, rewired and modified existing molecular systems to shape the remarkable phenotypic features of tardigrades.},
  subject      = {B{\"a}rtierchen},
  language  = {en}
}