TY  - THES
A1  - Siefritz, Franka
T1  - Expression and Function of the Nicotiana tabacum Aquaporin NtAQP1
T1  - Expression und Funktion des Nicotiana tabacum Aquaporins NtAQP1
N2  - Die vorliegende Arbeit zeigt die Korrelation zwischen räumlichem 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 Nähe der Leitbündel, im Xylemparenchym und in Zellen der Atemhöhle hin. Das Aquaporin wurde auch in longitudinalen Zellreihen der Petiolen in erhöhten Mengen gefunden. Expressionsstudien mit transgenen Pflanzen (Ntaqp1-Promotor::gus oder ::luc) bestätigten 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 während Wachstumsprozessen wie Sprossorientierung nach Gravistimulation oder Photostimulation, Samenkeimung, aber auch während der vergleichsweise schnellen circadianen Blattbewegung induziert. Die Expression wurde weiterhin durch Phytohormone, im Speziellen durch Gibberellinsäure (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 durchgeführt. 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 ausgeprägte Verminderung der hoch homologen NtPIP1a-mRNA und keinen Effekt auf die Expression anderer Aquaporin-Genfamilien (PIP2, TIP). Die Funktion von NtAQP1 auf zellulärer Ebene wurde mit einer hierfür neuentwickelten Apparatur untersucht. Der experimentelle Aufbau ermöglichte die Aufzeichnung der osmotisch induzierten Protoplasten-Volumenzunahme. Die Reduktion von NtAQP1 durch die Antisense-Expression verminderte die zelluläre Wasserpermeabilität 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 Wurzelleitfähigkeit pro Wurzeloberflächeneinheit (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, ähnlich dem Verlauf des Expressionsmusters von Ntaqp1 in Wurzeln. Unter gut gewässerten Bedingungen ergaben Gaswechsel-, Spross- (Ystem) und Blatt- Wasserpotenial (Yleaf)-Messungen unterschiedliche Werte in AS- und Kontrollpflanzen. In wasserlimitierender Umgebung zeigten AS-Pflanzen jedoch ein stärker negativeres Y als Kontrollpflanzen, obwohl eine weitere Abnahme der Transpiration in AS-Pflanzen beobachtet werden konnte. Quantitative Analysen belegten eine stärker ausgeprägte 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 transzellulären Wasserbewegung hin. Die Reduktion von NtAQP1 durch die Antisense-Expression verringerte die zelluläre Pos. Die NtAQP1-Funktion erhöht also eindeutig die Membranwasserpermeabilität von Tabak-Wurzelprotoplasten. Die Abnahme der spezifischen hydraulischen Wurzelleitfähigkeit (KRA) befand sich in der gleichen Größenordnung wie die Verringerung der mittleren zellulären Wasserpermeabilität. Dies weist darauf hin, dass die Aquaporin-Expression essentiell für die Aufrechterhaltung der natürlichen Wurzelleitfähigkeit ist. Die Verringerung von KRA in AS -Pflanzen könnte der erste sichere Beweis dafür sein, dass der Weg der Wasseraufnahme von der Wurzeloberfläche in das Xylem den Übergang über 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 transzellulären Wasserverschiebung.
N2  - The presented work shows the analysis of the correlation between the spatial and temporal expression pattern of NtAQP1 and its function in water relation in planta. In situ immunological studies indicated NtAQP1-protein accumulation in the root exodermis and endodermis, in the cortex, close to vascular bundles, in the xylem parenchyma and in cells of the stomatal cavities. The aquaporin was also found to be abundant in longitudinal cell-rows in the petioles. Expression studies with generated transgenic plants (Ntaqp1-promoter::gus or luc) confirmed the Ntaqp1 accumulation in the root, stem and petioles but also revealed further localization in pollen grains, adventitious roots and leaf glandular hairs. Ntaqp1-expression was induced during growth processes, like stem bending after gravistimulation or photostimulation, seed germination and hypocotyl elongation as well as during the comparatively fast circadian leaf movement. The expression was further stimulated by phytohormones, especially gibberellic acid (GA) and osmotic stress. Further analysis displayed a diurnal and even circadian expression of Ntaqp1 in roots and petioles. The functional analysis of the aquaporin was accomplished by reverse genetics and biophysical studies. The antisense technique was used to reduce NtAQP1-expression in tobacco plants. The antisense (AS) plants exhibited a severe reduction of Ntaqp1-mRNA, less reduction of the highly homologous NtPIP1a RNA and no effect on expression of other aquaporin family genes (PIP2, TIP). The function of NtAQP1 at the cellular level was investigated by a newly developed experimental setup to record the osmotically induced increase in protoplast volume. The reduction of NtAQP1 by the antisense expression decreased the overall cellular waterpermeability Pos for more than 50 %. Function of NtAQP1 at the whole plant level was e.g. measured by the “high-pressure flow meter method”. Those measurements revealed that the root hydraulic conductivity per unit root surface area (KRA) of roots from the AS-lines was reduced by more than 50 %. KRA displayed a strong diurnal and circadian variation with a maximum in the middle of the light period, similar to the expression pattern of Ntaqp1 in roots. Gas exchange-, stem (Ystem) and leaf (Yleaf) water potential measurement gave dissimilar values in AS and control plants under well-watered conditions. Under a water-limiting environment the Y of AS-plants remained at more negative water values, even though a further decrease in transpiration of AS-plants was detected. Quantitative analysis displayed a much stronger wilting reaction in the AS than in the control plants. Quantitative studies of the leaf movement in AS compared to control plants exhibited a dramatic reduction in velocity and also in the extent of the process. The following conclusions can be drawn. NtAQP1 was expressed at sites of anticipated high water fluxes from and to the apoplast or symplast. Additionally, the specific distribution pattern and temporal expression of NtAQP1 in petioles and the bending stem strongly indicate a role in transcellular movement of water. The reduction of NtAQP1 by the antisense expression decreased the overall cellular Pos. Conclusively, NtAQP1-function increases membrane water permeability of tobacco root protoplasts. The decrease of the specific root hydraulic conductivity (KRA) was in the same order of magnitude as the mean cellular water permeability reduction, indicating that aquaporin expression is essential in maintaining a natural root hydraulic conductance. Reduction of KRA in AS plants might be the first definitive proof that the pathway of water uptake from the root surface to the xylem involves passage across membranes. The absence of NtAQP1 resulted in a water stress signal, causing a certain stomatal closure. NtAQP1 seems to contribute to water stress avoidance in tobacco. NtAQP1 plays an essential role in fast plant movements and transcellular water shift.
KW  - Tabak
KW  - Aquaporine
KW  - Aquaporin
KW  - Tabak
KW  - Antisense
KW  - Wasserpermeabilität
KW  - Stress
KW  - Aquaporin
KW  - tobacco
KW  - antisense
KW  - waterpermeability
KW  - stress
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-3053
ER  - 
TY  - THES
A1  - Müllner, Antje
T1  - Breeding ecology and related life-history traits of the hoatzin, Opisthocomus hoazin, in a primary rainforest habitat
T1  - Brutökologie und Lebensgeschichte des Hoatzins (Opisthocomus hoazin) in einem primären Regenwaldhabitat
N2  - The hoatzin (Opisthocomus hoazin) is an enigmatic bird that lives in the riparian lowlands of northern South America. Among its peculiar attributes are 1) microbial foregut fermentation, unique in birds, to convert plant cellulose in the foliage which it consumes into simple sugars, 2) an ongoing debate about the puzzling taxonomic position, although a relationship to the Cuculiformes appears likely, 3) adaptive wing claws in the young which are used for climbing, and 4) co-operative breeding behaviour. Despite the information available on digestive mode and taxonomy little has been published on its breeding biology and behaviour and until now almost all knowledge was based on a study in the savannah of Venezuela. This is the first detailed study of the hoatzin’s nesting ecology in a rainforest habitat. From 1995-1998 and in 2000 I monitored a hoatzin population which consisted of approximately 700 individuals in an Amazonian rainforest in Ecuador situated in the Cuyabeno Wildlife Reserve (between 0°02’ N, 76°0’ W, 0°03’ S, and 76°14’ W). The area is composed of various black water lagoons and small rivers, flooded forests and terra firme forest. Primarily, I examined group composition and breeding pattern and success related to traits such as clutch and egg size, offspring sex ratio and the number of parents involved in a common breeding attempt. Apart from standardised observations and monitoring I took blood samples from chicks, which were later used for molecular sexing and for DNA fingerprints. Food plants were collected and determined and a rough habitat mapping was conducted. Since the impacts of boat tourism in the area became apparent I investigated the interactions of adult and young hoatzins with tourists and measured the plasma concentration of the hormone corticosterone in chicks as an indicator of stress. Each chapter has its own introduction to the specific topic and can be read independently. The main findings of this study are: The reproduction of the hoatzin was timed strictly following the bimodal rainy pattern in the area. There was only one breeding attempt per year. Only 18% of breeding attempts ended successfully with at least one fledgling. Incubation started with the first egg laid and led to hatching asynchrony. In most cases only the A-chick survived and there is evidence for a brood reduction strategy. I observed egg size variation patterns both within the clutches and between the clutches. Approximately 80% of breeding attempts were carried out with auxiliaries. Units with alloparentals had a higher breeding success than single pairs. The results indicate a trade-off between helping and group size. DNA band-sharing comparisons revealed the existence of joint-nests, where several females laid their eggs in one single nest. The clutches of these joint-nests suffered severe egg loss during all stages of incubation. Breeding success did not differ between single- and joint-nests. The primary offspring sex ratio was biased towards daughters. There was no differential mortality between the sexes until fledging. Individual breeding units employed an adaptive production of offspring of each sex according to their current group size. Rainforest tourism negatively influenced the survival and growth of young, not yet fledged hoatzins. In addition tourist-exposed young showed a stronger hormonal stress response than their conspecifics from undisturbed sites. In contrast, breeding adults appear to have habituated to tourist boats and exposure to observers.
N2  - Der Hoatzin (Opisthocomus hoazin), im Deutschen auch Zigeunerhuhn genannt, ist ein ungewöhnlicher Vogel, der an den Ufern von Flüssen und Seen im Tiefland von Südamerika lebt. Zu seinen besonderen Eigenschaften gehören 1) seine für Vögel einmalige Vormagen-Verdauung, die sonst nur bei Wiederkäuern vorkommt, und die mit Hilfe von Mikroben die Zellulose aus seiner Pflanzennahrung in einfache Zucker abbaut, 2) seine noch immer unklare, heftig diskutierte Stellung in der Vogelsystematik, obwohl eine Beziehung zu den Kuckucken wahrscheinlich ist, 3) Flügelkrallen zum Klettern bei den Jungtieren und 4) sein kooperatives Brutverhalten mit „Helfern-am-Nest“. Während über sein spezielles Verdauungssystem und seine rätselhaften Verwandtschaftsbeziehungen mehrere und zum Teil ausführliche Arbeiten vorliegen, war bisher nur sehr wenig über seine Brutbiologie und sein soziales Verhalten bekannt. Das gesamte Wissen darüber beruhte fast ausschließlich auf einer einzigen Studie aus der Feuchtsavanne von Venezuela. Diese Arbeit stellt die erste detaillierte Studie über die Brutökologie des Hoatzins in einem Regenwald-Habitat dar. Von 1995-1998 und im Jahr 2000 untersuchte ich eine Population mit ca. 700 Hoatzin-Individuen im Cuyabeno Reservat im amazonischen Regenwald Ecuadors (0°02’ N, 76°0’ W, 0°03’ S, 76°14’ W). Das Gebiet besteht aus verschiedenen Schwarzwasserseen und kleinen Flüssen, großen Überschwemmungszonen und terra firme-Wald. Kern meiner Arbeiten war die Bestimmung von Gruppenzusammensetzung und Bruterfolg im Zusammenhang mit dem Brutaufwand. Besonders behandelt wurden dabei die Themen kooperatives Brüten, Variation von Gelege- und Eigrößen, Schlupfasynchronie und Brut-Reduktions-Hypothesen. Neben standardisierten Nestkontrollen und Beobachtungen nahm ich Blutproben von Küken, die später für eine molekulare Geschlechtsbestimmung und für DNS-Fingerabdrücke verwendet wurden. Ich sammelte und bestimmte Futterpflanzen der Hoatzins und kartierte das Habitat. Da in Teilen des Gebietes Bootstourismus stattfand und es Hinweise auf dessen negative Einflüsse gab, untersuchte ich zusätzlich die Interaktionen zwischen Touristen und Hoatzins. Hierzu beobachtete ich Fluchtreaktionen und führte an Jungtieren Messungen der Plasmakonzentration des Stresshormons Corticosteron durch. Alle Kapitel der Arbeit haben ihre eigene Einleitung und Diskussion und können unabhängig voneinander gelesen werden. Meine wesentlichen Ergebnisse sind: Die Fortpflanzung war zeitlich strikt an das bimodale Muster der jährlichen Regenfälle gebunden. Es gab in der Regel nur einen Brutversuch pro Jahr. Nur knapp ein Fünftel aller Brutversuche endete mit einem flüggen Jungtier. Die Inkubation des Geleges begann mit dem ersten Ei und es gab eine deutliche Schlupfasynchronie. A-Küken hatten die höchsten Überlebenschancen und es gibt Hinweise auf eine Brutreduktionsstrategie. Die Eigrößen variierten auffällig zwischen und innerhalb von Gelegen. Gut Dreiviertel der Bruteinheiten brüteten in Gruppen. Gruppen hatten einen höheren Bruterfolg als einzelne Paare. Die Ergebnisse weisen auf eine Abwägung zwischen mehr Helfern und zuviel Gruppenmitgliedern hin. Anhand von DNS-Fingerabdrücken konnte ich zweifelsfrei die Existenz von Gemeinschaftsgelegen nachweisen, bei denen mehrere Weibchen ihre Eier in ein Nest legen. In diesen Gemeinschaftsnestern gab es auffällige Verluste an Eiern in allen Stadien des Brütens. Gemeinschaftsgelege hatten keinen höheren Bruterfolg als Gelege von nur einem Brutpaar. Das primäre Geschlechterverhältnis der Nachkommen war zugunsten von Töchtern verschoben. Es gab keine Unterschiede in der Sterblichkeit zwischen den Geschlechtern bis zum Flüggewerden. Individuelle Bruteinheiten zeigten eine angepasste Produktion des Nachkommensgeschlechts in Abhängigkeit von der Gruppengröße. Regenwald-Tourismus beeinflusste das Überleben und Wachstum von jungen, noch nicht flüggen Hoatzins negativ. Tourismus-exponierte Jungtiere zeigten auch eine stärkere hormonelle Stressantwort als Tiere aus touristenfreien Zonen. Brütende Adulte scheinen sich dagegen an den Tourismus gewöhnt zu haben.
KW  - Hoatzins
KW  - Brutbiologie
KW  - Brutaufwand
KW  - Soziale Organisation
KW  - Geschlechterverhältnis
KW  - Ökotourismis
KW  - Stress
KW  - Breeding effort
KW  - social organisation
KW  - sex ratio
KW  - eco-tourism
KW  - stress
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-13239
ER  -