@phdthesis{Nietzsche2016,
  author    = {Nietzsche, Madlen},
  title     = {Identifizierung und Charakterisierung neuer Komponenten der SnRK1-Signaltransduktion in Arabidopsis thaliana},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-98678},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {xi, 182},
  year      = {2016},
  abstract  = {F{\"u}r alle Organismen ist die Aufrechterhaltung ihres energetischen Gleichgewichts unter fluktuierenden Umweltbedingungen lebensnotwendig. In Eukaryoten steuern evolution{\"a}r konservierte Proteinkinasen, die in Pflanzen als SNF1-RELATED PROTEIN KINASE1 (SnRK1) bezeichnet werden, die Adaption an Stresssignale aus der Umwelt und an die Limitierung von N{\"a}hrstoffen und zellul{\"a}rer Energie. Die Aktivierung von SnRK1 bedingt eine umfangreiche transkriptionelle Umprogrammierung, die allgemein zu einer Repression energiekonsumierender Prozesse wie beispielsweise Zellteilung und Proteinbiosynthese und zu einer Induktion energieerzeugender, katabolischer Stoffwechselwege f{\"u}hrt. Wie unterschiedliche Signale zu einer generellen sowie teilweise gewebe- und stressspezifischen SnRK1-vermittelten Antwort f{\"u}hren ist bisher noch nicht ausreichend gekl{\"a}rt, auch weil bislang nur wenige Komponenten der SnRK1-Signaltransduktion identifiziert wurden. In dieser Arbeit konnte ein Protein-Protein-Interaktionsnetzwerk um die SnRK1αUntereinheiten aus Arabidopsis AKIN10/AKIN11 etabliert werden. Dadurch wurden zun{\"a}chst Mitglieder der pflanzenspezifischen DUF581-Proteinfamilie als Interaktionspartner der SnRK1α-Untereinheiten identifiziert. Diese Proteine sind {\"u}ber ihre konservierte DUF581Dom{\"a}ne, in der ein Zinkfinger-Motiv lokalisiert ist, f{\"a}hig mit AKIN10/AKIN11 zu interagieren. In planta Ko-Expressionsanalysen zeigten, dass die DUF581-Proteine eine Verschiebung der nucleo-cytoplasmatischen Lokalisierung von AKIN10 hin zu einer nahezu ausschließlichen zellkernspezifischen Lokalisierung beg{\"u}nstigen sowie die Ko-Lokalisierung von AKIN10 und DUF581-Proteinen im Nucleus. In Bimolekularen Fluoreszenzkomplementations-Analysen konnte die zellkernspezifische Interaktion von DUF581-Proteinen mit SnRK1α-Untereinheiten in planta best{\"a}tigt werden. Außerhalb der DUF581-Dom{\"a}ne weisen die Proteine einander keine große Sequenz{\"a}hnlichkeit auf. Aufgrund ihrer F{\"a}higkeit mit SnRK1 zu interagieren, dem Fehlen von SnRK1Phosphorylierungsmotiven sowie ihrer untereinander sehr variabler gewebs-, entwicklungs- und stimulusspezifischer Expression wurde f{\"u}r DUF581-Proteine eine Funktion als Adaptoren postuliert, die unter bestimmten physiologischen Bedingungen spezifische Substratproteine in den SnRK1-Komplex rekrutieren. Auf diese Weise k{\"o}nnten DUF581Proteine die Interaktion von SnRK1 mit deren Zielproteinen modifizieren und eine Feinjustierung der SnRK1-Signalweiterleitung erm{\"o}glichen. Durch weiterf{\"u}hrende Interaktionsstudien konnten DUF581-interagierende Proteine darunter Transkriptionsfaktoren, Proteinkinasen sowie regulatorische Proteine gefunden werden, die teilweise ebenfalls Wechselwirkungen mit SnRK1α-Untereinheiten aufzeigten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eines dieser Proteine f{\"u}r das eine Beteiligung an der SnRK1Signalweiterleitung als Transkriptionsregulator vermutet wurde n{\"a}her charakterisiert. STKR1 (STOREKEEPER RELATED 1), ein spezifischer Interaktionspartner von DUF581-18, geh{\"o}rt zu einer pflanzenspezifischen Leucin-Zipper-Transkriptionsfaktorfamilie und interagiert in Hefe sowie in planta mit SnRK1. Die zellkernspezifische Interaktion von STKR1 und AKIN10 in Pflanzen unterst{\"u}tzt die Vermutung der kooperativen Regulation von Zielgenen. Weiterhin stabilisierte die Anwesenheit von AKIN10 die Proteingehalte von STKR1, das wahrscheinlich {\"u}ber das 26S Proteasom abgebaut wird. Da es sich bei STKR1 um ein Phosphoprotein mit SnRK1-Phosphorylierungsmotiv handelt, stellt es sehr wahrscheinlich ein SnRK1-Substrat dar. Allerdings konnte eine SnRK1-vermittelte Phosphorylierung von STKR1 in dieser Arbeit nicht gezeigt werden. Der Verlust von einer Phosphorylierungsstelle beeinflusste die Homo- und Heterodimerisierungsf{\"a}higkeit von STKR1 in Hefeinteraktionsstudien, wodurch eine erh{\"o}hte Spezifit{\"a}t der Zielgenregulation erm{\"o}glicht werden k{\"o}nnte. Außerdem wurden Arabidopsis-Pflanzen mit einer ver{\"a}nderten STKR1-Expression ph{\"a}notypisch, physiologisch und molekularbiologisch charakterisiert. W{\"a}hrend der Verlust der STKR1-Expression zu Pflanzen f{\"u}hrte, die sich kaum von Wildtyp-Pflanzen unterschieden, bedingte die konstitutive {\"U}berexpression von STKR1 ein stark vermindertes Pflanzenwachstum sowie Entwicklungsverz{\"o}gerungen hinsichtlich der Bl{\"u}hinduktion und Seneszenz {\"a}hnlich wie sie auch bei SnRK1α-{\"U}berexpression beschrieben wurden. Pflanzen dieser Linien waren nicht in der Lage Anthocyane zu akkumulieren und enthielten geringere Gehalte an Chlorophyll und Carotinoiden. Neben einem erh{\"o}hten n{\"a}chtlichen St{\"a}rkeumsatz waren die Pflanzen durch geringere Saccharosegehalte im Vergleich zum Wildtyp gekennzeichnet. Eine Transkriptomanalyse ergab, dass in den STKR1-{\"u}berexprimierenden Pflanzen unter Energiemangelbedingungen, hervorgerufen durch eine verl{\"a}ngerte Dunkelphase, eine gr{\"o}ßere Anzahl an Genen im Vergleich zum Wildtyp differentiell reguliert war als w{\"a}hrend der Lichtphase. Dies spricht f{\"u}r eine Beteiligung von STKR1 an Prozessen, die w{\"a}hrend der verl{\"a}ngerten Dunkelphase aktiv sind. Ein solcher ist beispielsweise die SnRK1-Signaltransduktion, die unter energetischem Stress aktiviert wird. Die STKR1{\"U}berexpression f{\"u}hrte zudem zu einer verst{\"a}rkten transkriptionellen Induktion von Abwehrassoziierten Genen sowie NAC- und WRKY-Transkriptionsfaktoren nach verl{\"a}ngerter Dunkelphase. Die Transkriptomdaten deuteten auf eine stimulusunabh{\"a}ngige Induktion von Abwehrprozessen hin und konnten eine Erkl{\"a}rung f{\"u}r die ph{\"a}notypischen und physiologischen Auff{\"a}lligkeiten der STKR1-{\"U}berexprimierer liefern.},
  language  = {de}
}
@misc{Voigt2009,
  type      = {Master Thesis},
  author    = {Voigt, Matthias},
  title     = {Entwicklung von bioinformatischen Visualisierungswerkzeugen f{\"u}r Metabolitdaten von N{\"a}hrstoffmangelsituationen bei Arabidopsis thaliana},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-33047},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2009},
  abstract  = {Diese Arbeit umfasst die Archivierung, Visualisierung anhand bioinformatischer Methoden und Interpretation eines vorhandenen Messdatensatz (Element [ICP-MS]-, Ionen [IC]- und Metabolitdaten [RP-HPLC und GC/TOF-MS]) der Pflanze Arabidopsis thaliana getrennt in Bl{\"a}tter und Wurzeln. Die Pflanzen wurden den sechs Mangelsituationen der N{\"a}hrstoffe Eisen, Kalium, Magnesium, Stickstoff, Phosphor und Schwefel ausgesetzt und zu neun Messzeitpunkten [0.5-, 1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-in Tagen und „resupply" (vier Stunden nach dem vierten Tag)] analysiert. Es erfolgte die Integration der Messdaten in eine SQlite-Datenbank. Die Veranschaulichung erfolgte mit Hilfe der Programmiersprache R. Anhand einiger Pakete zur Erweiterung des Funktionsumfangs von R wurde erstens eine Schnittstelle zur SQLite- Datenbank hergestellt, was ein Abfragen an diese erm{\"o}glichte und zweitens verhalfen sie zu der Erstellung einer Reihe zus{\"a}tzlicher Darstellungsformen (Heatmap, Wireframe, PCA). Selbstgeschriebene Skripte erlaubten den Datenzugriff und die grafische Ausgabe als z. B. Heatmaps. In der Entstehung dieser Arbeit sind weiterhin zwei weitere Visualisierungsformen von PCA-Daten entwickelt worden: Das Abstandsdiagramm und die animierte PCA. Beides sind hilfreiche Werkzeuge zur Interpretation von PCA-Plots eines zeitlichen Verlaufes. Anhand der Darstellungen der Element- und Ionendaten ließen sich die N{\"a}hrstoffmangelsituationen durch Abnahme der entsprechenden Totalelemente und Ionen nachweisen. Weiterhin sind starke {\"A}hnlichkeiten der durch RP-HPLC bestimmten Metaboliten unter Eisen-, Kalium und Magnesiummangel erkannt worden. Allerdings gibt es nur eine geringe Anzahl an Interkationen der Metabolitgehalte, da der Großteil der Metabolitlevel im Vergleich zur Kontrolle unver{\"a}ndert blieb. Der Literaturvergleich mit zwei Publikationen, die den Phosphat- und Schwefelmangel in Arabidopsis thaliana untersuchten, zeigte ein durchwachsenes Ergebnis. Einerseits gab es eine gleiche Tendenz der verglichenen Aminos{\"a}uren zu verzeichen, aber andererseits wiesen die Visualisierungen auch Gegens{\"a}tzlichkeiten auf. Der Vergleich der mit RP-HPLC und GC/TOF-MS gemessenen Metaboliten erbrachte ein sehr kontroverses Ergebnis. Zum einen wurden {\"U}bereinstimmungen der gleichen Metaboliten durch gemeinsame Cluster in den Heatmaps beobachtet, zum anderen auch Widerspr{\"u}che, exemplarisch in den Abstandsdiagrammen der Bl{\"a}tterdaten jedes Verfahrens, in welchen unterschiedliche Abstandsh{\"o}hepunkte erkennbar sind.},
  language  = {de}
}