@phdthesis{Koenig2018,
  author    = {K{\"o}nig, Julia Maria},
  title     = {Fungal grass endophytes and their dependence on land-use intensity},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-163890},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Plant-associated fungi can affect the plants' interaction with herbivores and other microorganisms. For example, many common forage grasses are infected with Epichlo{\"e} endophytes. The endophytes systemically colonize the aerial parts of the plants. They produce bioprotective alkaloids that can negatively affect insects and livestock feeding on the grasses, and interact with other fungal species which living from the plants' nutrients. Environmental conditions strongly influence Epichlo{\"e} endophytes. Endophyte-mediated effects on herbivores are more pronounced under increased temperatures and the endophytes may benefit from land use in managed grasslands. Under the framework of the large-scale German project "Biodiversity Exploratories", I investigated whether infection rates and alkaloid concentrations of Epichlo{\"e} festucae var. lolii in Lolium perenne (Chapter I) and Epichlo{\"e} endophytes (E. uncinata, E. siegelii) in Festuca pratensis (Chapter II) depend on land use and season. Further I analysed, whether foliar fungal assemblages of L. perenne are affected by the presence of Epichlo{\"e} endophytes (Chapter IV).},
  subject      = {Endophytische Pilze},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Huerter2019,
  author    = {H{\"u}rter, Anna-Lena},
  title     = {Funktion von Anionenkan{\"a}len bei der Entwicklung der Wurzelkn{\"o}llchen- und Arbuskul{\"a}ren Mykorrhiza-Symbiose in \(Medicago\) \(truncatula\)},
  doi       = {10.25972/OPUS-15841},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-158419},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Bei der arbuskul{\"a}ren Myorrhiza-Symbiose (AM) und der Wurzelkn{\"o}llchen-Symbiose (RNS) handelt es sich um symbiotische Interaktionen, die einen großen Vorteil f{\"u}r Pflanzenwachstum und kultivierung mit sich bringen. W{\"a}hrend bei der AM Pilze die Pflanze mit verschiedenen N{\"a}hrstoffen aus dem Boden versorgen, stellen die in den Wurzelkn{\"o}llchen lokalisierten Rhizobien der Pflanze fixierte Stickstoffverbindungen zur Verf{\"u}gung. Folglich ist es von großem Interesse, die Entwicklung dieser Symbiosen im Detail zu verstehen. F{\"u}r die Erkennung der arbuskul{\"a}ren Mykorrhiza-Pilze und der Stickstoff-fixierenden Rhizobien durch die Pflanze sind l{\"o}sliche symbiotische Signalmolek{\"u}le essentiell, die zu der Gruppe der Lipochitinoligosaccharide (LCOs) geh{\"o}ren. W{\"a}hrend der Entwicklung der AM und der RNS erkennen die Pflanzenwurzeln diese LCOs {\"u}ber Lysin-Motiv-Rezeptor-{\"a}hnliche Kinasen der Plasmamembran. Eine der ersten Antworten der Wurzelzellen auf Nod-LCOs ist eine Depolarisierung des Membranpotentials. An dieser Antwort sind mit großer Wahrscheinlichkeit Anionenkan{\"a}le der Plasmamembran beteiligt, da sie auch bei Depolarisierungen als Antwort auf andere Stimuli bzw. Stressantworten involviert sind. In Arabidopsis stellt die S-Typ-Familie eine bedeutende Gruppe von Anionenkan{\"a}len dar, die von Calcium-abh{\"a}ngigen Kinasen (CPKs) aktiviert werden. Da Nod-LCOs repetitive Ver{\"a}nderungen des zytosolischen Calcium-Levels induzieren, wurde in dieser Arbeit die Hypothese aufgestellt, dass Calcium-Signale CPKs aktivieren. CPKs sorgen im Gegenzug f{\"u}r die Stimulation von S-Typ-Anionenkan{\"a}len in Wurzelzellen. Die {\"A}nderungen des Membranpotentials in M. truncatula-Wurzelhaarzellen als Antwort auf Nod- und Myc-LCOs wurden mittels intrazellul{\"a}rer Mikroelektroden analysiert. Es wurde gezeigt, dass Nod-LCOs in M. truncatula-Wurzelhaarzellen eine Depolarisierung des Membranpotentials induzieren. Doch Wurzelhaarzellen reagieren nicht nur auf Nod-LCOs. So konnte in dieser Studie zum ersten Mal eine Depolarisierung als Antwort auf sulfatisierte Myc-LCOs nachgewiesen werden. Eine zweite Gruppe von Myc-LCOs, denen die Sulfatgruppe fehlt, l{\"o}ste keine Reaktion des Membranpotentials aus. Diese Daten deuten darauf hin, dass Wurzelhaarzellen f{\"u}r die Erkennung von sulfatisierten LCOs von symbiotischen Pilzen und Bakterien dasselbe Perzeptionssystem nutzen. Diese Schlussfolgerung wird von Experimenten unterst{\"u}tzt, in denen vor der Stimulation durch Nod-LCOs ein sulfatisierter Myc-LCO hinzugegeben wurde. Diese sukzessive Zugabe von zwei Stimuli f{\"u}hrte zu einer einzigen Depolarisierung. Die sulfatisierten Myc-LCOs unterdr{\"u}ckten die Antwort des Membranpotentials auf Nod-LCOs. Die Beziehung zwischen Nod-LCO-induzierten zytosolischen Calcium-Signalen und {\"A}nderungen des Membranpotentials wurde mit einer Kombination aus intrazellul{\"a}ren Mikroelektroden und Imaging eines Calcium-sensitiven Fluoreszenzfarbstoffs analysiert. In Messungen der zytosolischen Calcium-Konzentration wurde keine transiente Zunahme innerhalb der ersten vier Minuten nach der Applikation der Nod-LCOs beobachtet. Die durch Nod-LCOs induzierten Depolarisierungen traten fr{\"u}her auf und erreichten ihr Maximum normalerweise nach drei Minuten. Demnach geht die Depolarisierung des Membranpotentials den zytosolischen Calcium-Signalen voraus. Diese Beobachtung wurde von simultanen Messungen beider Antworten best{\"a}tigt. Um der M{\"o}glichkeit einer Beteiligung von S-Typ-Anionenkan{\"a}len an der LCO-abh{\"a}ngigen Depolarisierung nachzugehen, wurden zwei in den Wurzeln exprimierte M. truncatula-Orthologe der AtSLAC1-Anionenkanal-Familie identifiziert. Die klonierten Anionenkan{\"a}le, MtSLAC1, MtSLAH2-3A und MtSLAH2-3B zeigten bei der Untersuchung in Xenopus-Oozyten die typischen Charakteristika von S-Typ-Anionenkan{\"a}len. So konnte gezeigt werden, dass MtSLAH2-3A und MtSLAH2-3B eine Proteinkinase sowie externes Nitrat zur Aktivierung ben{\"o}tigen. Außerdem zeichnen sie sich durch eine sehr viel h{\"o}here Permeabilit{\"a}t f{\"u}r Nitrat im Vergleich zu Chlorid aus. {\"A}hnlich wie bei AtSLAH3 macht eine Koexpression mit AtSLAH1 genau wie eine intrazellul{\"a}re Azidifikation MtSLAH2-3A und MtSLAH2-3B zu Anionenkan{\"a}len, die unabh{\"a}ngig von externem Nitrat und einer Phosphorylierung durch eine Proteinkinase aktiv sind. Weil S-Typ-Anionenkan{\"a}le eine hohe Permeabilit{\"a}t f{\"u}r Nitrat aufweisen, wurde der Einfluss von {\"A}nderungen der extrazellul{\"a}ren Anionenkonzentration auf die Nod-LCO-induzierte Depolarisierung analysiert. Es stellte sich heraus, dass eine Verringerung der extrazellul{\"a}ren Nitratkonzentration die Antwort beschleunigt. Eine Erh{\"o}hung der extrazellul{\"a}ren Chlorid- und Sulfatkonzentration hingegen f{\"u}hrte zu einer Verst{\"a}rkung der Depolarisierung. Diese Beobachtung spricht daf{\"u}r, dass andere Anionenkanal-Typen wie ALMT-Kan{\"a}le an der Depolarisierung des Membranpotentials durch LCOs beteiligt sind. Die Daten dieser Arbeit zeigen eine Abh{\"a}ngigkeit der Nod-LCO-induzierten {\"A}nderungen des Membranpotentials vom M. truncatula-Genotyp. Neben Nod-LCOs l{\"o}sen auch sulfatisierte Myc-LCOs eine Depolarisierung des Membranpotentials aus. Vermutlich werden sulfatisierte Nod- und Myc-LCOs von demselben Rezeptorsystem erkannt. Die Nod-LCO-induzierte Depolarisierung ist unabh{\"a}ngig von {\"A}nderungen des zytosolischen Calcium-Levels. Folglich sind in die Depolarisierung keine S-Typ-Anionenkan{\"a}le involviert, die ausschließlich durch Calcium-abh{\"a}ngige Protein-Kinasen aktiviert werden. Interessanterweise lassen sich die MtSLAH2-3-Anionenkan{\"a}le aus M. truncatula im Gegensatz zu AtSLAH3 von Calcium-unabh{\"a}ngigen SnRK2/OST1-Proteinkinasen aktivieren. Dies erm{\"o}glicht die Aktivierung der MtSLAH2-3-Anionenkan{\"a}le in Abwesenheit eines Calcium-Signals. In weiterf{\"u}hrenden Studien sollten die Genexpressionsprofile von Calcium-unabh{\"a}ngigen Proteinkinasen wie SnRK2 und S-Typ-Anionenkan{\"a}len aus M. truncatula sowie deren Interaktionen untersucht werden. So k{\"o}nnte eine Aussage dar{\"u}ber getroffen werden, ob diese Proteinkinasen die Anionenkan{\"a}le MtSLAH2-3 Nod-LCO-spezifisch aktivieren. Außerdem w{\"a}re es von großem Interesse, verschiedene M. truncatula-Mutanten zu untersuchen, denen Gene f{\"u}r MtSLAH2-3A, MtSLAH2-3B und R-Typ-Anionenkan{\"a}le fehlen. Diese Experimente k{\"o}nnten zur Identifizierung von Genen f{\"u}hren, die an der fr{\"u}hen Entwicklung der Symbiose beteiligt sind und erkl{\"a}ren, warum nur eine kleine Gruppe von Pflanzen dazu in der Lage ist, eine RNS einzugehen, w{\"a}hrend die AM im Pflanzenreich weit verbreitet ist.},
  subject      = {Schneckenklee},
  language  = {de}
}
@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{Huang2023,
  author    = {Huang, Shouguang},
  title     = {Role of ABA-induced Ca\(^{2+}\) signals, and the Ca\(^{2+}\)-controlled protein kinase CIPK23, in regulation of stomatal movements},
  doi       = {10.25972/OPUS-20473},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-204737},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Stomata are pores in the leaf surface, formed by pairs of guard cells. The guard cells modulate the aperture of stomata, to balance uptake of CO2 and loss of water vapor to the atmosphere. During drought, the phytohormone abscisic acid (ABA) provokes stomatal closure, via a signaling chain with both Ca2+-dependent and Ca2+-independent branches. Both branches are likely to activate SLAC1-type (Slow Anion Channel Associated 1) anion channels that are essential for initiating the closure of stomata. However, the importance of the Ca2+-dependent signaling branch is still debated, as the core ABA signaling pathway only possesses Ca2+-independent components. Therefore, the aim of this thesis was to address the role of the Ca2+-dependent branch in the ABA signaling pathway of guard cells. In the first part of the thesis, the relation between ABA-induced Ca2+ signals and stomatal closure was studied, with guard cells that express the genetically encoded Ca2+-indicator R-GECO1-mTurquoise. Ejection of ABA into the guard cell wall rapidly induced stomatal closure, however, only in ¾ of the guard cells ABA evoked a cytosolic Ca2+ signal. A small subset of stomata (¼ of the experiments) closed without Ca2+ signals, showing that the Ca2+ signals are not essential for ABA-induced stomatal closure. However, stomata in which ABA evoked Ca2+ signals closed faster as those in which no Ca2+ signals were detected. Apparently, ABA-induced Ca2+ signals enhance the velocity of stomatal closure. In addition to ABA, hyperpolarizing voltage pulses could also trigger Ca2+ signals in wild type guard cells, which in turn activated S-type anion channels. However, these voltage pulses failed to elicit S-type anion currents in the slac1/slah3 guard cells, suggesting that SLAC1 and SLAH3 contribute to Ca2+-activated conductance. Taken together, our data indicate that ABA-induced Ca2+ signals enhance the activity of S-type anion channels, which accelerates stomatal closure. The second part of the thesis deals with the signaling pathway downstream of the Ca2+ signals. Two types of Ca2+-dependent protein kinase modules (CPKs and CBL/CIPKs) have been implicated in guard cells. We focused on the protein kinase CIPK23 (CBL-Interacting Protein Kinase 23), which is activated by the Ca2+-dependent protein CBL1 or 9 (Calcineurin B-Like protein 1 or 9) via interacting with the NAF domain of CIPK23. The CBL1/9-CIPK23 complex has been shown to affect stomatal movements, but the underlying molecular mechanisms remain largely unknown. We addressed this topic by using an estrogen-induced expression system, which specifically enhances the expression of wild type CIPK23, a phosphomimic CIPK23T190D and a kinase dead CIPK23K60N in guard cells. Our data show that guard cells expressing CIPK23T190D promoted stomatal opening, while CIPK23K60N enhanced ABA-induced stomatal closure, suggesting that CIPK23 is a negative regulator of stomatal closure. Electrophysiological measurements revealed that the inward K+ channel currents were similar in guard cells that expressed CIPK23, CIPK23T190D or CIPK23K60N, indicating that CIPK23-mediated inward K+ channel AKT1 does not contribute to stomatal movements. Expression of CIPK23K60N, or loss of CIPK23 in guard cells enhanced S-type anion activity, while the active CIPK23T190D inhibited the activity of these anion channels. These results are in line with the detected changes in stomatal movements and thus indicate that CIPK23 regulates stomatal movements by inhibiting S-type anion channels. CIPK23 thus serves as a brake to control anion channel activity. Overall, our findings demonstrate that CIPK23-mediated stomatal movements do not depend on CIPK23-AKT1 module, instead, it is achieved by regulating S-type anion channels SLAC1 and SLAH3. In sum, the data presented in this thesis give new insights into the Ca2+-dependent branch of ABA signaling, which may help to put forward new strategies to breed plants with enhanced drought stress tolerance, and in turn boost agricultural productivity in the future.},
  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{Lambour2023,
  author    = {Lambour, Benjamin},
  title     = {Regulation of sphingolipid long-chain bases during cell death reactions and abiotic stress in \(Arabidopsis\) \(thaliana\)},
  doi       = {10.25972/OPUS-32591},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-325916},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Sphingobasen (LCBs) sind die Bausteine der Biosynthese von Sphingolipiden. Sie werden als Strukturelemente der pflanzlichen Zellmembran definiert und spielen eine wichtige Rolle f{\"u}r das Schicksal der Zellen. Komplexe Ceramide machen einen wesentlichen Teil der gesamten Sphingolipide aus, die einen großen Teil der eukaryotischen Membranen bilden. Gleichzeitig sind LCBs bekannte Signalmolek{\"u}le f{\"u}r zellul{\"a}re Prozesse in Eukaryonten und sind an Signal{\"u}bertragungswegen in Pflanzen beteiligt. Es hat sich gezeigt, dass hohe LCB-Konzentrationen mit der Induktion des programmierten Zelltods sowie mit dem durch Pathogene ausgel{\"o}sten Zelltod in Verbindung stehen. Mehrere Studien haben die regulierende Funktion der Sphingobasen beim programmierten Zelltod (PCD) in Pflanzen best{\"a}tigt: (i) Spontaner PCD und ver{\"a}nderte Zelltodreaktionen, die durch mutierte verwandte Gene des Sphingobasen-Stoffwechsels verursacht werden. (ii) Zelltodbedingungen erh{\"o}hen den Gehalt an LCBs. (iii) PCD aufgrund eines gest{\"o}rten Sphingolipid-Stoffwechsels, der durch von nekrotrophen Krankheitserregern produzierte Toxine wie Fumonisin B1 (FB1) hervorgerufen wird. Um den Zelltod zu verhindern und die Zelltodreaktion zu kontrollieren, kann daher die Regulierung des Gehalts an freien LCBs entscheidend sein. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie stellten das Verst{\"a}ndnis der Sphingobasen und Sphingolipidspiegel w{\"a}hrend der PCD in Frage. Wir lieferten eine detaillierte Analyse der Sphingolipidspiegel, die Zusammenh{\"a}nge zwischen bestimmten Sphingolipidarten und dem Zelltod aufzeigte. Dar{\"u}ber hinaus erm{\"o}glichte uns die Untersuchung der Sphingolipid-Biosynthese ein Verst{\"a}ndnis des Fluxes nach Akkumulation hoher LCB-Konzentrationen. Weitere Analysen von Abbauprodukten oder Sphingolipid-Mutantenlinien w{\"a}ren jedoch erforderlich, um vollst{\"a}ndig zu verstehen, wie die Pflanze mit hohen Mengen an Sphingobasen umgeht.},
  subject      = {Ackerschmalwand},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Li2023,
  author    = {Li, Kunkun},
  title     = {Dissecting the interconnection of Ca\(^{2+}\) and pH signaling in plants with a novel biosensor for dual imaging},
  doi       = {10.25972/OPUS-24973},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-249736},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Calcium ion (Ca2+) and protons (H+) are both regarded as second messengers, participating in plant growth and stress mechanisms. However, H+ signals in plant physiology are less well investigated compared to Ca2+ signals. If interconnections between these two second messengers exist remains to be uncovered because appropriate imaging tools to monitor Ca2+ and H+ simultaneously in the same cell as well as accurate bioinformatics analysis remain to be developed. To overcome this problem and unravel the role and possible interconnection of Ca2+ and H+ in plants, a new biosensor named CapHensor was developed and optimized to visualize intracellular Ca2+ and H+ changes simultaneously and ratiometrically in the same cell. The CapHensor consisted of an optimized green fluorescent pH sensor (PRpHluorin) and an established red fluorescent Ca2+ sensor (R-GECO1) that were combined in one construct via a P2A sequence. A P2A self-cleavage site between the two sensors allowed to express equal amounts but spatially separated sensors, which enabled artifact-free and ratiometric imaging of cellular Ca2+ and pH side-by-side. The function of the CapHensor was verified in pollen tubes, since they possess standing Ca2+ and pH gradients. We found better imaging quality and the signal-to-noise ratio to be enhanced in live-cell imaging when two R-GECO1 proteins were fused in tandem within the CapHensor construct. To guarantee exclusive subcellular localization and avoid mixed signals from different compartments, Nuclear Export Sequence (NES) and Nuclear Localization Sequence (NLS) were used to target PRpHluorin and R-GECO1 to distinct compartments. After optimization and verification its function, CapHensor was successfully expressed in different cell types to investigate the role of Ca2+ and H+ signals to control polar growth of pollen tube, stomatal movement or leaf defense signaling. Results obtained in the past indicated both Ca2+ gradients and pH gradients in pollen tubes play roles in polar growth. However, the role and temporal relationship between the growth process and changes in Ca2+ and pH have not been conclusively resolved. Using CapHensor, I found cytosolic acidification at the tip could promote and alkalization to suppress growth velocity in N. tabacum pollen tubes, indicating that cytosolic H+ concentrations ([H+]cyt) play an important role in regulation pollen tubes growth despite the accompanied changes in cytosolic Ca2+ concentrations ([Ca2+]cyt). Moreover, growth correlated much better with the tip [H+]cyt regime than with the course of the tip [Ca2+]cyt regime. However, surprisingly, tip-focused [Ca2+]cyt andII [H+]cyt oscillations both lagged behind growth oscillations approximately 33 s and 18 s, respectively, asking for a re-evaluation of the role that tip [Ca2+]cyt may play in pollen tube growth. Live-cell CapHensor imaging combined with electrophysiology uncovered that oscillatory membrane depolarization correlated better with tip [H+]cyt oscillations than with tip [Ca2+]cyt oscillations, indicative for a prominent role of [H+]cyt to also control electrogenic membrane transport. Using CapHensor, reading out cellular movement at the same time enabled to provide a precise temporal and spatial resolution of ion signaling events, pointing out a prominent role of [H+]cyt in pollen tube tip growth. For leaf cells, a special CapHensor construct design had to be developed, containing additional NES localization sequences to avoid overlapping of fluorescense signals from the nucleus and the cytosol. Once this was achieved, the role of Ca2+ and pH changes in guard cells, another typical single-cell system was investigated. Cytosolic pH changes have been described in stomatal movement, but the physiological role of pH and the interaction with changing Ca2+ signals were still unexplored. Combining CapHensor with the here developed technique to monitor stomatal movement in parallel, the role of Ca2+ and H+ in stomatal movement was studied in detail and novel aspects were identified. The phytohormone ABA and the bacterial elicitor flagellin (flg22) are typical abiotic and biotic stresses, respectively, to trigger stomatal closure. What kind of Ca2+ and H+ signals by ABA and flg22 are set-off in guard cells and what their temporal relationship and role for stomatal movement is were unknown. Similar [Ca2+]cyt increases were observed upon ABA and flg22 triggered stomatal closure, but [H+]cyt dynamics differed fundamentally. ABA triggered pronounced cytosolic alkalization preceded the [Ca2+]cyt responses significantly by 57 s while stomata started to close ca. 205 s after phytohormone application. With flg22, stomatal closure was accompanied only with a mild cytosolic alkalization but the [Ca2+]cyt response was much more pronounced compared to the ABA effects. Where the cytosolic alkalization originates from was unclear but the vacuole was speculated to contribute in the past. In this thesis, vacuolar pH changes were visualized by the dye BCECF over time, basically displaying exactly the opposite course of the concentration shift in the vacuole than observed in the cytosol. This is indicative for the vacuolar pH dynamics to be coupled strongly to the cytosolic pH changes. In stomatal closure signalling, reactive oxygen species (ROS) were proposed to play a major role, however, only very high concentration of H2O2 (> 200 µM), which resulted in the loss of membrane integrity, induced stomatal closure. Unexpectedly, physiological concentrations of ROS led to cytosolic acidificationIII which was associated with stomatal opening, but not stomatal closure. To study the role of [H+]cyt to steer stomatal movement in detail, extracellular and intracellular pH variations were evoked in N. tabacum guard cells and their behaviour was followed. The results demonstrated cytosolic acidification stimulated stomatal opening while cytosolic alkalization triggered stomatal closure accompanied by [Ca2+]cyt elevations. This demonstrated pH regulation to be an important aspect in stomatal movement and to feed-back on the Ca2+-dynamics. It was remarkable that cytosolic alkalization but not [Ca2+]cyt increase seemed to play a crucial role in stomatal closure, because more pronounced cytosolic alkalization, evoked stronger stomatal closure despite similar [Ca2+]cyt increases. Increases in [Ca2+]cyt, which are discussed as an early stomatal closure signal in the past, could not trigger stomatal closure alone in my experiments, even when extremely strong [Ca2+]cyt signals were triggered. Regarding the interaction between the two second messengers, [Ca2+]cyt and [H+]cyt were negatively correlated most of the times, which was different from pollen tubes showing positive correlation of [Ca2+]cyt and [H+]cyt regimes. [Ca2+]cyt elevations were always associated with a cytosolic alkalization and this relationship could be blocked by the presence of vanadate, a plasma membrane H+-pump blocker, indicating plasma membrane H+-ATPases to contribute to the negative correlation of [Ca2+]cyt and [H+]cyt. To compare with guard cells, cytosolic and nuclear versions of CapHensor were expressed in N. benthamiana mesophyll cells, a multicellular system I investigated. Mesophyll cell responses to the same stimuli as tested in guard cells demonstrated that ABA and H2O2 did not induce any [Ca2+]cyt and [H+]cyt changes while flg22 induced an increase in [Ca2+]cyt and [H+]cyt, which is different from the response in guard cells. I could thus unequivocally demonstrate that guard cells and mesophyll cells do respond differently with [Ca2+]cyt and [H+]cyt changes to the same stimuli, a concept that has been proposed before, but never demonstrated in such detail for plants. Spontaneous Ca2+ oscillations have been observed for a long time in guard cells, but the function or cause is still poorly understood. Two populations of oscillatory guard cells were identified according to their [Ca2+]cyt and [H+]cyt phase relationship in my study. In approximately half of the oscillatory cells, [H+]cyt oscillations preceded [Ca2+]cyt oscillations whereas [Ca2+]cyt was the leading signal in the other half of the guard cells population. Strikingly, natural [H+]cyt oscillations were dampened by ABA but not by flg22. This effect could be well explained by dampening of vacuolar H+ oscillations in the presence of ABA, but not through flg22. Vacuolar pH contributes to spontaneous [H+]cyt oscillations and ABA but not flg22 can block the interdependence of naturalIV [Ca2+]cyt and [H+]cyt signals. To study the role of [Ca2+]cyt oscillations in stomatal movement, solutions containing high and low KCl concentrations were applied aiming to trigger [Ca2+]cyt oscillations. The triggering of [Ca2+]cyt oscillations by this method was established two decades ago leading to the dogma that [Ca2+]cyt increases are the crucial signal for stomatal closure. However, I found stomatal movement by this method was mainly due to osmotic effects rather than [Ca2+]cyt increases. Fortunately, through this methodology, I found a strong correlation between cytosolic pH and the transport of potassium across the plasma membrane and vacuole existed. The plasma membrane H+-ATPases and H+-coupled K+ transporters were identified as the cause of [H+]cyt changes, both very important aspects in stomata physiology that were not visualized experimentally before. Na+ transport is also important for stomatal regulation and leaves generally since salt can be transported from the root to the shoot. Unlike well-described Ca2+- dependent mechanisms in roots, how leaves process salt stress is not at all understood. I applied salt on protoplasts from leaves, mesophyll cells and guard cells and combined live-cell imaging with Vm recordings to understand the transport and signaling for leaf cells to cope with salt stress. In both, mesophyll and guard cells, NaCl did not trigger Ca2+-signals as described for roots but rather triggered Ca2+ peaks when washing salt out. However, membrane depolarization and pronounced alkalinization were very reliably triggered by NaCl, which could presumably act as a signal for detoxification of high salt concentrations. In line with this, I found the vacuolar cation/H+ antiporter NHX1 to play a role in sodium transport, [H+]cyt homeostasis and the control of membrane potential. Overexpression of AtNHX1 enabled to diminish [H+]cyt changes and resulted in a smaller depolarization responses druing NaCl stress. My results thus demonstrated in contrast to roots, leaf cells do not use Ca2+-dependent signalling cascades to deal with salt stress. I could show Na+ and K+ induced [H+]cyt and Vm responses and Cl- transport to only have a minor impact. Summing all my results up briefly, I uncovered pH signals to play important roles to control pollen tube growth, stomatal movement and leaf detoxification upon salt. My results strongly suggested pH changes might be a more important signal than previously thought to steer diverse processes in plants. Using CapHensor in combination with electrophysiology and bioinformatics tools, I discovered distinct interconnections between [Ca2+]cyt and [H+]cyt in different cell types and distinct [Ca2+]cyt and [H+]cyt signals are initiated through diverse stimuli and environmental cues. The CapHensor will be very useful in the future to further investigate the coordinated role of Ca2+ and pH changes in controlling plant physiology.},
  subject      = {Pflanzen},
  language  = {en}
}