@phdthesis{Schaarschmidt2021,
  author    = {Schaarschmidt, Stephanie},
  title     = {Evaluation and application of omics approaches to characterize molecular responses to abiotic stresses in plants},
  doi       = {10.25932/publishup-50963},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-509630},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {viii, 117},
  year      = {2021},
  abstract  = {Aufgrund des globalen Klimawandels ist die Gew{\"a}hrleistung der Ern{\"a}hrungssicherheit f{\"u}r eine wachsende Weltbev{\"o}lkerung eine große Herausforderung. Insbesondere abiotische Stressoren wirken sich negativ auf Ernteertr{\"a}ge aus. Um klimaangepasste Nutzpflanzen zu entwickeln, ist ein umfassendes Verst{\"a}ndnis molekularer Ver{\"a}nderungen in der Reaktion auf unterschiedlich starke Umweltbelastungen erforderlich. Hochdurchsatz- oder "Omics"-Technologien k{\"o}nnen dazu beitragen, Schl{\"u}sselregulatoren und Wege abiotischer Stressreaktionen zu identifizieren. Zus{\"a}tzlich zur Gewinnung von Omics-Daten m{\"u}ssen auch Programme und statistische Analysen entwickelt und evaluiert werden, um zuverl{\"a}ssige biologische Ergebnisse zu erhalten. Ich habe diese Problemstellung in drei verschiedenen Studien behandelt und daf{\"u}r zwei Omics-Technologien benutzt. In der ersten Studie wurden Transkript-Daten von den beiden polymorphen Arabidopsis thaliana Akzessionen Col-0 und N14 verwendet, um sieben Programme hinsichtlich ihrer F{\"a}higkeit zur Positionierung und Quantifizierung von Illumina RNA Sequenz-Fragmenten („Reads") zu evaluieren. Zwischen 92\% und 99\% der Reads konnten an die Referenzsequenz positioniert werden und die ermittelten Verteilungen waren hoch korreliert f{\"u}r alle Programme. Bei der Durchf{\"u}hrung einer differentiellen Genexpressionsanalyse zwischen Pflanzen, die bei 20 °C oder 4 °C (K{\"a}lteakklimatisierung) exponiert wurden, ergab sich eine große paarweise {\"U}berlappung zwischen den Programmen. In der zweiten Studie habe ich die Transkriptome von zehn verschiedenen Oryza sativa (Reis) Kultivaren sequenziert. Daf{\"u}r wurde die PacBio Isoform Sequenzierungstechnologie benutzt. Die de novo Referenztranskriptome hatten zwischen 38.900 bis 54.500 hoch qualitative Isoformen pro Sorte. Die Isoformen wurden kollabiert, um die Sequenzredundanz zu verringern und danach evaluiert z.B. hinsichtlich des Vollst{\"a}ndigkeitsgrades (BUSCO), der Transkriptl{\"a}nge und der Anzahl einzigartiger Transkripte pro Genloci. F{\"u}r die hitze- und trockenheitstolerante Sorte N22 wurden ca. 650 einzigartige und neue Transkripte identifiziert, von denen 56 signifikant unterschiedlich in sich entwickelnden Samen unter kombiniertem Trocken- und Hitzestress exprimiert wurden. In der letzten Studie habe ich die Ver{\"a}nderungen in Metabolitprofilen von acht Reissorten gemessen und analysiert, die dem Stress hoher Nachttemperaturen (HNT) ausgesetzt waren und w{\"a}hrend der Trocken- und Regenzeit im Feld auf den Philippinen angebaut wurden. Es wurden jahreszeitlich bedingte Ver{\"a}nderungen im Metabolitspiegel sowie f{\"u}r agronomische Parameter identifiziert und m{\"o}gliche Stoffwechselwege, die einen Ertragsr{\"u}ckgang unter HNT-Bedingungen verursachen, vorgeschlagen. Zusammenfassend konnte ich zeigen, dass der Vergleich der RNA-seq Programme den Pflanzenwissenschaftler*innen helfen kann, sich f{\"u}r das richtige Werkzeug f{\"u}r ihre Daten zu entscheiden. Die de novo Transkriptom-Rekonstruktion von Reissorten ohne Genomsequenz bietet einen gezielten, kosteneffizienten Ansatz zur Identifizierung neuer Gene, die durch verschiedene Stressbedingungen reguliert werden unabh{\"a}ngig vom Organismus. Mit dem Metabolomik-Ansatz f{\"u}r HNT-Stress in Reis habe ich stress- und jahreszeitenspezifische Metabolite identifiziert, die in Zukunft als molekulare Marker f{\"u}r die Verbesserung von Nutzpflanzen verwendet werden k{\"o}nnten.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Vyse2022,
  author    = {Vyse, Kora},
  title     = {Elucidating molecular determinants of the loss of freezing tolerance during deacclimation after cold priming and low temperature memory after triggering},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {vii, 147},
  year      = {2022},
  abstract  = {W{\"a}hrend ihrer Entwicklung m{\"u}ssen sich Pflanzen an Temperaturschwankungen anpassen. Niedrige Temperaturen {\"u}ber dem Gefrierpunkt induzieren in Pflanzen eine K{\"a}lteakklimatisierung und h{\"o}here Frosttoleranz, die sich bei w{\"a}rmeren Temperaturen durch Deakklimatisierung wieder zur{\"u}ckbildet. Der Wechsel zwischen diesen beiden Prozessen ist f{\"u}r Pflanzen unerl{\"a}sslich, um als Reaktion auf unterschiedliche Temperaturbedingungen eine optimale Fitness zu erreichen. Die K{\"a}lteakklimatisierung ist umfassend untersucht worden,{\"u}ber die Regulierung der Deakklimatisierung ist jedoch wenig bekannt. In dieser Arbeit wird der Prozess der Deakklimatisierung auf physiologischer und molekularer Ebene in Arabidopsis thaliana untersucht. Messungen des Elektrolytverlustes w{\"a}hrend der K{\"a}lteakklimatisierung und bis zu vier Tagen nach Deakklimatisierung erm{\"o}glichten die Identifizierung von vier Knockout-Mutanten (hra1, lbd41, mbf1c und jub1), die im Vergleich zum Wildtyp eine langsamere Deakklimatisierungsrate aufwiesen. Eine transkriptomische Studie mit Hilfe von RNA-Sequenzierung von A. thaliana Col-0, jub1 und mbf1c zeigte die Bedeutung der Hemmung von stressreaktiven und Jasmonat-ZIM-Dom{\"a}nen-Genen sowie die Regulierung von Zellwandmodifikationen w{\"a}hrend der Deakklimatisierung. Dar{\"u}ber hinaus zeigten Messungen der Alkoholdehydrogenase Aktivit{\"a}t und der Genexpressions{\"a}nderungen von Hypoxiemarkern w{\"a}hrend der ersten vier Tagen der Deakklimatisierung, dass eine Hypoxie-Reaktion w{\"a}hrend der Deakklimatisierung aktiviert wird. Es wurde gezeigt, dass die epigenetische Regulierung w{\"a}hrend der K{\"a}lteakklimatisierung und der 24-st{\"u}ndigen Deakklimatisierung in A. thaliana eine große Rolle spielt. Dar{\"u}ber hinaus zeigten beide Deakklimatisierungsstudien, dass die fr{\"u}here Hypothese, dass Hitzestress eine Rolle bei der fr{\"u}hen Deakklimatisierung spielen k{\"o}nnte, unwahrscheinlich ist. Eine Reihe von DNA- und Histondemethylasen sowie Histonvarianten wurden w{\"a}hrend der Deakklimatisierung hochreguliert, was auf eine Rolle im pflanzlichen Ged{\"a}chtnis schließen l{\"a}sst. In j{\"u}ngster Zeit haben mehrere Studien gezeigt, dass Pflanzen in der Lage sind, die Erinnerung an einen vorangegangenen K{\"a}ltestress auch nach einer Woche Deakklimatisierung zu bewahren. In dieser Arbeit ergaben Transkriptom- und Metabolomanalysen von Arabidopsis w{\"a}hrend 24 Stunden Priming (K{\"a}lteakklimatisierung) und Triggering (wiederkehrender K{\"a}ltestress nach Deakklimatisierung) eine unikale signifikante und vor{\"u}bergehende Induktion der Transkriptionsfaktoren DREB1D, DREB1E und DREB1F w{\"a}hrend des Triggerings, die zur Feinabstimmung der zweiten K{\"a}ltestressreaktion beitr{\"a}gt. Dar{\"u}ber hinaus wurden Gene, die f{\"u}r Late Embryogenesis Abundant (LEA) und Frostschutzproteine kodieren, sowie Proteine, die reaktive Sauerstoffspezies entgiften, w{\"a}hrend des sp{\"a}ten Triggerings (24 Stunden) st{\"a}rker induziert als nach dem ersten K{\"a}lteimpuls, w{\"a}hrend Xyloglucan- Endotransglucosylase/Hydrolase Gene, deren Produkte f{\"u}r eine Restrukturierung der Zellwand verantwortlich sind, fr{\"u}h auf das Triggering reagierten. Die starke Induktion dieser Gene, sowohl bei der Deakklimatisierung als auch beim Triggering, l{\"a}sst vermuten, dass sie eine wesentliche Rolle bei der Stabilisierung der Zellen w{\"a}hrend des Wachstums und bei der Reaktion auf wiederkehrende Stressbedingungen spielen. Zusammenfassend gibt diese Arbeit neue Einblicke in die Regulierung der Deakklimatisierung und des K{\"a}ltestress-Ged{\"a}chtnisses in A. thaliana und er{\"o}ffnet neue M{\"o}glichkeiten f{\"u}r k{\"u}nftige, gezielte Studien von essentiellen Genen in diesem Prozess.},
  language  = {en}
}