TY - GEN A1 - Bornhorst, Dorothee A1 - Abdelilah-Seyfried, Salim T1 - Strong as a Hippo’s Heart: Biomechanical Hippo Signaling During Zebrafish Cardiac Development T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - The heart is comprised of multiple tissues that contribute to its physiological functions. During development, the growth of myocardium and endocardium is coupled and morphogenetic processes within these separate tissue layers are integrated. Here, we discuss the roles of mechanosensitive Hippo signaling in growth and morphogenesis of the zebrafish heart. Hippo signaling is involved in defining numbers of cardiac progenitor cells derived from the secondary heart field, in restricting the growth of the epicardium, and in guiding trabeculation and outflow tract formation. Recent work also shows that myocardial chamber dimensions serve as a blueprint for Hippo signaling-dependent growth of the endocardium. Evidently, Hippo pathway components act at the crossroads of various signaling pathways involved in embryonic zebrafish heart development. Elucidating how biomechanical Hippo signaling guides heart morphogenesis has direct implications for our understanding of cardiac physiology and pathophysiology. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1236 KW - Hippo signaling KW - Yap1/Wwtr1 (Taz) KW - cardiac development KW - mechanobiology KW - endocardium KW - myocardium KW - zebrafish KW - intra-organ-communication Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-548731 SN - 1866-8372 SP - 1 EP - 10 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - THES A1 - Borghi, Gian Luca T1 - Evolution and diversity of photosynthetic metabolism in C3, C3-C4 intermediate and C4 plants T1 - Evolution und Diversität des photosynthetischen Stoffwechsels in C3-, C3-C4-Intermediär- und C4-Pflanzen N2 - In C3 plants, CO2 diffuses into the leaf and is assimilated by the Calvin-Benson cycle in the mesophyll cells. It leaves Rubisco open to its side reaction with O2, resulting in a wasteful cycle known as photorespiration. A sharp fall in atmospheric CO2 levels about 30 million years ago have further increased the side reaction with O2. The pressure to reduce photorespiration led, in over 60 plant genera, to the evolution of a CO2-concentrating mechanism called C4 photosynthesis; in this mode, CO2 is initially incorporated into 4-carbon organic acids, which diffuse to the bundle sheath and are decarboxylated to provide CO2 to Rubisco. Some genera, like Flaveria, contain several species that represent different steps in this complex evolutionary process. However, the majority of terrestrial plant species did not evolve a CO2-concentrating mechanism and perform C3 photosynthesis. This thesis compares photosynthetic metabolism in several species with C3, C4 and intermediate modes of photosynthesis. Metabolite profiling and stable isotope labelling were performed to detect inter-specific differences changes in metabolite profile and, hence, how a pathway operates. The results obtained were subjected to integrative data analyses like hierarchical clustering and principal component analysis, and were deepened by correlation analyses to uncover specific metabolic features and reaction steps that were conserved or differed between species. The main findings are that Calvin-Benson cycle metabolite profiles differ between C3 and C4 species and between different C3 species, including a very different response to rising irradiance in Arabidopsis and rice. These findings confirm Calvin-Benson cycle operation diverged between C3 and C4 species and, most unexpectedly, even between different C3 species. Moreover, primary metabolic profiles supported the current C4 evolutionary model in the genus Flaveria and also provided new insights and opened up new questions. Metabolite profiles also point toward a progressive adjustment of the Calvin-Benson cycle during the evolution of C4 photosynthesis. Overall, this thesis point out the importance of a metabolite-centric approach to uncover underlying differences in species apparently sharing the same photosynthetic routes and as a valid method to investigate evolutionary transition between C3 and C4 photosynthesis. N2 - Bei C3-Pflanzen diffundiert CO2 in das Blatt und wird durch den Calvin-Benson-Zyklus in den Mesophyllzellen assimiliert. Dies lässt Rubisco für seine Nebenreaktion mit O2 offen, was zu einem verschwenderischen Kreislauf führt, der als Photorespiration bekannt ist. Ein starker Rückgang der atmosphärischen CO2-Konzentration vor etwa 30 Millionen Jahren hat die Nebenreaktion mit O2 weiter verstärkt. Der Druck, die Photorespiration zu reduzieren, hat in über 60 Pflanzengattungen zur Entwicklung eines CO2-Konzentrationsmechanismus namens C4-Photosynthese geführt. In diesem Mechanismus wird CO2 zunächst in organische C4-Kohlenstoffsäuren eingebaut, die zur Bündelscheide diffundieren und dort decarboxyliert werden, um CO2 für Rubisco bereitzustellen. Einige Gattungen, wie z.B. Flaveria, enthalten mehrere Arten, die verschiedene Schritte dieses komplexen Evolutionsprozesses darstellen. Die Mehrheit der terrestrischen Pflanzenarten hat jedoch keinen CO2-Konzentrationsmechanismus entwickelt und betreibt C3-Photosynthese. Diese Arbeit vergleicht den Photosynthese-Metabolismus in mehreren Spezies mit C3-, C4- und intermediären Arten der Photosynthese. Metaboliten-Profiling und stabile Isotopenmarkierung wurden durchgeführt, um interspezifische Unterschiede im Metabolitenprofil und damit die Funktionsweise der Stoffwechselwege zu erkennen. Die Ergebnisse wurden integrativen Datenanalysen wie hierarchischem Clustering und Hauptkomponentenanalyse unterzogen und durch Korrelationsanalysen vertieft, um spezifische metabolische Merkmale und Reaktionsschritte aufzudecken, die konserviert oder zwischen Spezies verschieden sind. Die wichtigsten Ergebnisse sind, dass sich die Metabolitenprofile des Calvin-Benson-Zyklus zwischen C3- und C4-Spezies und zwischen verschiedenen C3-Spezies unterscheiden, einschließlich einer sehr unterschiedlichen Reaktion auf steigende Strahlungsintensität bei Arabidopsis und Reis. Diese Ergebnisse bestätigen, dass der Calvin-Benson-Zyklus zwischen C3- und C4-Spezies und, höchst unerwartet, sogar zwischen verschiedenen C3-Spezies divergiert. Darüber hinaus unterstützen die primären Stoffwechselprofile das aktuelle C4-Evolutionsmodell in der Gattung Flaveria, liefern auch neue Erkenntnisse und eröffnen neue Fragen. Die Metabolitenprofile weisen auch auf eine fortschreitende Anpassung des Calvin-Benson-Zyklus während der Evolution der C4-Photosynthese hin. Insgesamt unterstreicht diese Dissertation die Bedeutung eines metabolitenzentrierten Ansatzes, um Unterschiede in Arten aufzudecken, die anscheinend dieselben Photosynthesewege teilen, und als valide Methode zur Untersuchung des evolutionären Übergangs zwischen C3- und C4-Photosynthese. KW - Photosynthesis KW - C4 KW - Evolution KW - Photosynthese KW - C4 KW - Evolution Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-522200 ER - TY - CHAP A1 - Bogin, Barry A1 - Hermanussen, Michael A1 - Scheffler, Christiane T1 - Fear, violence, inequality and stunting in Guatemala T2 - American journal of human biology : the official journal of the Human Biology Association Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1002/ajhb.23593 SN - 1520-6300 SN - 1042-0533 VL - 33 PB - Wiley Interscience CY - New York, NY [u.a.] ER - TY - JOUR A1 - Bogin, Barry ED - Scheffler, Christiane ED - Koziel, Slawomir ED - Hermanussen, Michael ED - Bogin, Barry T1 - Social-Economic-Political-Emotional (SEPE) factors regulate human growth T2 - Human Biology and Public Health N2 - Background There is a recurring and seamless interaction between the biology of human development and the social-economic-political-emotional (SEPE) environment. The SEPE environment influences the quality of the material conditions for human biology and, simultaneously, human growth in height and other dimensions provide social and moral signals that provide information to community networks. Objectives This article reviews the role of SEPE factors in human growth, especially skeletal growth. Sample and Methods The meaning of SEPE is defined and shown to be related to individual and group prestige, to social identity, and to ego and task motivation. These influence dominance or subordination of communities and the material and moral conditions of societies. Historical and contemporary examples of SEPE effects on skeletal size are presented. Results Membership in a SEPE community impacts skeletal size in height and breadth. Higher SEPE classes are taller, lower SEPE classes are broader. In elite level sport the winners have more growth stimulation via the hormone IGF-1 even before the contest. These findings are explained in terms of dominance versus subordination and the Community Effect in Height hypothesis. Conclusions SEPE factor regulation of human growth is shown to be a more comprehensive explanation for plasticity in height than traditional concepts such as socioeconomic status and simple-minded genetic determinism. People belonging to upper SEPE class communities, the elites, know that they are superior and are treated as such by the non-elites. The material and moral condition for life operating through these community social networks provide positive stimulation for the elites and negative stimulation for the lower SEPE classes. These differences maintain the gradients in height between SEPE communities in human societies. KW - prestige KW - dominance-subordination KW - social identity KW - ego motivation KW - material and moral conditions KW - community effects Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.52905/hbph.v1.10 SN - 2748-9957 VL - 2021 IS - 1 SP - 1 EP - 20 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - JOUR A1 - Boeker, Sonja A1 - Hermanussen, Michael A1 - Scheffler, Christiane ED - Scheffler, Christiane ED - Koziel, Slawomir ED - Hermanussen, Michael ED - Bogin, Barry T1 - Westernization of self-perception in modern affluent Indonesian school children T2 - Human Biology and Public Health N2 - Background Subjective Social Status is used as an important predictor for psychological and physiological findings, most commonly measured with the MacArthur Scale (Ladder Test). Previous studies have shown that this test fits better in Western cultures. The idea of a social ladder itself and ranking oneself “higher” or “lower” is a concept that accords to the Western thinking. Objectives We hypothesize that in a culture where only the elites have adapted to a Western lifestyle, the test results reflect a higher level of accuracy for this stratum. We also expect that self-perception differs per sex. Sample and Methods We implemented the Ladder Test in a study of Indonesian schoolchildren aged between 5 and 13 years (boys N = 369, girls N= 364) from non-private and private schools in Kupang in 2020. Results Our analysis showed that the Ladder Test results were according to the Western expectations only for the private school, as the Ladder Scores significantly decreased with age (LM: p = 0.04). The Ladder Test results are best explained by “Education Father” for the non-private school pupils (p = 0.01) and all boys (p = 0.04), by “School Grades” for the private school cohort (p = 0.06) and by “Household Score” for girls (p =0.09). Conclusion This finding indicates that the concept of ranking oneself “high” or “low” on a social ladder is strongly implicated with Western ideas. A ladder implies social movement by “climbing” up or down. According to that, reflection of self-perception is influenced by culture. KW - self-perception KW - social status KW - westernization KW - cultural dependence Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.52905/hbph.v1.4 SN - 2748-9957 VL - 2021 IS - 1 SP - 1 EP - 13 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - GEN A1 - Bergholz, Kolja A1 - Kober, Klarissa A1 - Jeltsch, Florian A1 - Schmidt, Kristina A1 - Weiß, Lina T1 - Trait means or variance BT - What determines plant species' local and regional occurrence in fragmented dry grasslands? T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - One of the few laws in ecology is that communities consist of few common and many rare taxa. Functional traits may help to identify the underlying mechanisms of this community pattern, since they correlate with different niche dimensions. However, comprehensive studies are missing that investigate the effects of species mean traits (niche position) and intraspecific trait variability (ITV, niche width) on species abundance. In this study, we investigated fragmented dry grasslands to reveal trait-occurrence relationships in plants at local and regional scales. We predicted that (a) at the local scale, species occurrence is highest for species with intermediate traits, (b) at the regional scale, habitat specialists have a lower species occurrence than generalists, and thus, traits associated with stress-tolerance have a negative effect on species occurrence, and (c) ITV increases species occurrence irrespective of the scale. We measured three plant functional traits (SLA = specific leaf area, LDMC = leaf dry matter content, plant height) at 21 local dry grassland communities (10 m × 10 m) and analyzed the effect of these traits and their variation on species occurrence. At the local scale, mean LDMC had a positive effect on species occurrence, indicating that stress-tolerant species are the most abundant rather than species with intermediate traits (hypothesis 1). We found limited support for lower specialist occurrence at the regional scale (hypothesis 2). Further, ITV of LDMC and plant height had a positive effect on local occurrence supporting hypothesis 3. In contrast, at the regional scale, plants with a higher ITV of plant height were less frequent. We found no evidence that the consideration of phylogenetic relationships in our analyses influenced our findings. In conclusion, both species mean traits (in particular LDMC) and ITV were differently related to species occurrence with respect to spatial scale. Therefore, our study underlines the strong scale-dependency of trait-abundance relationships. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1151 KW - LMA KW - niche width KW - plant functional trait KW - scale-dependency KW - species abundance KW - trait-environment relationship Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-519905 SN - 1866-8372 SP - 3357 EP - 3365 ER - TY - JOUR A1 - Bergholz, Kolja A1 - Kober, Klarissa A1 - Jeltsch, Florian A1 - Schmidt, Kristina A1 - Weiß, Lina T1 - Trait means or variance BT - What determines plant species' local and regional occurrence in fragmented dry grasslands? JF - Ecology and evolution N2 - One of the few laws in ecology is that communities consist of few common and many rare taxa. Functional traits may help to identify the underlying mechanisms of this community pattern, since they correlate with different niche dimensions. However, comprehensive studies are missing that investigate the effects of species mean traits (niche position) and intraspecific trait variability (ITV, niche width) on species abundance. In this study, we investigated fragmented dry grasslands to reveal trait-occurrence relationships in plants at local and regional scales. We predicted that (a) at the local scale, species occurrence is highest for species with intermediate traits, (b) at the regional scale, habitat specialists have a lower species occurrence than generalists, and thus, traits associated with stress-tolerance have a negative effect on species occurrence, and (c) ITV increases species occurrence irrespective of the scale. We measured three plant functional traits (SLA = specific leaf area, LDMC = leaf dry matter content, plant height) at 21 local dry grassland communities (10 m × 10 m) and analyzed the effect of these traits and their variation on species occurrence. At the local scale, mean LDMC had a positive effect on species occurrence, indicating that stress-tolerant species are the most abundant rather than species with intermediate traits (hypothesis 1). We found limited support for lower specialist occurrence at the regional scale (hypothesis 2). Further, ITV of LDMC and plant height had a positive effect on local occurrence supporting hypothesis 3. In contrast, at the regional scale, plants with a higher ITV of plant height were less frequent. We found no evidence that the consideration of phylogenetic relationships in our analyses influenced our findings. In conclusion, both species mean traits (in particular LDMC) and ITV were differently related to species occurrence with respect to spatial scale. Therefore, our study underlines the strong scale-dependency of trait-abundance relationships. KW - LMA KW - niche width KW - plant functional trait KW - scale-dependency KW - species abundance KW - trait-environment relationship Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1002/ece3.7287 SN - 2045-7758 VL - 11 IS - 7 SP - 3357 EP - 3365 PB - John Wiley & Sons, Inc. ER - TY - JOUR A1 - Baunach, Martin A1 - Chowdhury, Somak A1 - Stallforth, Pierre A1 - Dittmann-Thünemann, Elke T1 - The landscape of recombination events that create nonribosomal peptide diversity JF - Molecular biology and evolution : MBE N2 - Nonribosomal peptides (NRP) are crucial molecular mediators in microbial ecology and provide indispensable drugs. Nevertheless, the evolution of the flexible biosynthetic machineries that correlates with the stunning structural diversity of NRPs is poorly understood. Here, we show that recombination is a key driver in the evolution of bacterial NRP synthetase (NRPS) genes across distant bacterial phyla, which has guided structural diversification in a plethora of NRP families by extensive mixing andmatching of biosynthesis genes. The systematic dissection of a large number of individual recombination events did not only unveil a striking plurality in the nature and origin of the exchange units but allowed the deduction of overarching principles that enable the efficient exchange of adenylation (A) domain substrates while keeping the functionality of the dynamic multienzyme complexes. In the majority of cases, recombination events have targeted variable portions of the A(core) domains, yet domain interfaces and the flexible A(sub) domain remained untapped. Our results strongly contradict the widespread assumption that adenylation and condensation (C) domains coevolve and significantly challenge the attributed role of C domains as stringent selectivity filter during NRP synthesis. Moreover, they teach valuable lessons on the choice of natural exchange units in the evolution of NRPS diversity, which may guide future engineering approaches. KW - evolution KW - recombination KW - structural diversity KW - natural products KW - nonribosomal peptide synthetases KW - microbial ecology Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1093/molbev/msab015 SN - 0737-4038 SN - 1537-1719 VL - 38 IS - 5 SP - 2116 EP - 2130 PB - Oxford Univ. Press CY - Oxford ER - TY - THES A1 - Bartholomäus, Lisa T1 - Impact of growth-related genes on petal size in Arabidopsis thaliana and the formation of two distinct floral morphs in Amsinckia spectabilis T1 - Einfluss von wachstumsbedingten Genen auf die Petalengröße von Arabidopsis thaliana und die Bildung von zwei unterschiedlichen Blütenmorphologien von Amsinckia spectabilis N2 - Der Lebenszyklus von Pflanzen ist geprägt von sich wiederholenden Wachstums- und Entwicklungsphasen, die auf wiederkehrenden Abläufen, bestehend aus Zellteilung, Zellvergrößerung und Zelldifferenzierung, basieren. Diese Dissertation ist aus zwei Projekten aufgebaut, die sich beide mit unterschiedlichen Blickwinkeln des Zellwachstums beschäftigen. Im ersten steht die Charakterisierung einer Arabidopsis thaliana Mutante, die eine generelle Zellvergrößerung aufweist, im Vordergrund. Das zweite fokussiert sich auf zwei natürlich vorkommende Blütenmorphologien in Amsinckia spectabilis (Boraginaceae), die sich, aufgrund von Zelllängenunterschieden, in Griffellänge und Höhe der Staubblattposition unterscheiden. Es wurde gezeigt, dass die EMS-Mutante eop1 durch größere Zellen 26% größere Blütenblätter aufweist. Außerdem wurden weitere Phänotypen beschrieben, wie zum Beispiel, vergrößerte Kotyledonen, (ebenfalls aufgrund von Zellvergrößerung), Fruchtblätter, Kelchblätter, Rosettenblätter und Pollen. Die Gesamtwuchshöhe der Mutante zeigte sich ebenfalls erhöht und zusätzliche Trichomäste erklärten den haarigen Phänotyp. Feinkartierung enthüllte eine C zu T Transition des letzten Nukleotids des Introns 7 des INCURVATA 11 (ICU11) Gens, einer 2-oxoglutarat/Fe(II)-abhängigen Dioxygenase, als ursächlichen SNP, welcher missgespleißte mRNA verursacht. Zwei T-DNA Insertionslinien (icu11-2 & icu11-4), ebenfalls mit vergrößerten Blütenblättern, bestätigten ICU11 als kausales Gen, und erlaubten somit die Analyse von drei verschiedenen icu11 Allelen. Ein Vergleich der verursachten molekularen Veränderung durch die jeweiligen Mutationen ermittelte Unterschiede in den drei Mutanten, wie zum Beispiel Überexpression von ICU11, als auch die Modifikation von ICU11 mRNA. Zusammen bildete das die Grundlage für die Untersuchung des molekularen Mechanismus, der für den beobachteten Phänotyp verantwortlich ist. Verschiedene Ansätze ermittelten widersprüchliche Ergebnisse hinsichtlich der Proteinfunktion von ICU11 in den drei Mutanten. So zeigte eine Komplementierungsanalyse, dass alle drei Mutationen austauschbar sind, was, zusammen mit der Beobachtung, dass eine ICU11 Überexpression im Wildtyp zu einem icu11-ähnlichen Phänotyp zeigte, dazu führte, dass die icu11 Mutanten als gain-of-function Mutationen eingeordnet wurden. Im Widerspruch dazu stand die Entdeckung, dass sich icu11-4 durch ein genomisches ICU11 Transgen retten ließ. So wurde ein Model, basierend auf der Annahme, dass eine ICU11 Überexpression die Proteinfunktion ebenso hemmt wie ein nichtfunktionales Protein, vorgeschlagen. Außerdem wurde eine erhöhte Resistenz der icu11-3 (eop1) gegenüber Paclobutrazol, einem Gibberellin (GA)-Inhibitor, und die Aktivierung der Expression von AtGA20ox2, einem Haupt-GA-Biosynthese-Gen, festgestellt. Zusätzlich wurde eine zytoplasmatische Lokalisation von ICU11 detektiert, sodass ein Einfluss von ICU11 auf die GA- Biosynthese und somit auf das Gesamt-GA-Level angenommen wird, der den beobachteten (GA-überdosierten) Phänotyp erklären könnte. Das zweite Projekt strebte die Identifizierung der genetischen Grundlage des S-Locus in Amsinckia spectabilis an, da die Gattung Amsinckia einige untypische Charakteristiken für eine heterostyle Art, wie zum Beispiel das Fehlen einer offensichtlichen Selbstinkompatibilität (SI), sowie die mehrmalige Entwicklung zu Homostyly und 100% autonomem Selbsten, aufweist. Die Analyse basierte auf drei Amsinckia spectabilis Varianten: einer heterostylen Form, bestehend aus zwei Blütenmorphologien mit gegensätzlich positionierten Sexualorganen (S-Morph: hohe Staubblattposition und kurzer Griffel und L-Morph: niedrige Staubblattansätze und langer Griffel), und zwei homostylen Formen, einer großblütigen teilweise selbstenden und einer kleinblütigen voll selbstenden. Natürliche Populationen weisen ungefähr ein 1:1 S:L Morph-Verhältnis auf, welches sich durch vorherrschend disassortative Paarung beider Morphs erklären lasst. Dadurch kann das dominante S-Allel ausschließlich heterozygot auftreten (heterozygot (Ss) im S-morph und homozygot rezessiv (ss) im L-morph). Die Suche nach Morph-spezifischen Phänotypen offenbarte 56% längere L-Morph Griffel und 58% höhere S-Morph Staubblattansätze. Zusätzlich wurden 21% größere S-Morph Pollen, sowie das Fehlen einer offensichtlichen SI gefunden. Dies war die Grundlage für die Annahme, dass der Amsinckia spec. S-Locus mindestens aus G- (Griffel), A- (Staubblatt) und P- (Pollen) Locus besteht. Vergleichende Transkriptom-Analyse beider Morphs offenbarte 22 unterschiedlich exprimierte Marker, die in 2 Contigs der PacBio Genom-Assemblierung eines SS-Individuums lokalisiert werden konnten. Dies erlaubte die genetische Einengung des S-Locus auf einen Bereich von circa 23 Mb. Gegensätzlich zu bisher aufgeklärten S-Loci in anderen Pflanzenarten konnte kein Hinweis auf eine hemizygote Region gefunden werden, die die supprimierte Rekombination am S-Locus erklären könnte, sodass eine Inversion als Ursache dieser vermutet wurde. N2 - The life cycle of higher plants is based on recurring phases of growth and development based on repetitive sequences of cell division, cell expansion and cell differentiation. This dissertation deals with two projects, each of them investigating two different topics that are related to cell expansion. The first project is examining an Arabidopsis thaliana mutant exhibiting overall cell enlargement and the second project is analysing two naturally occurring floral morphs of Amsinckia spectabilis (Boraginaceae) differing (amongst others) in style length and anther heights due to differences in longitudinal cell elongation. The EMS-mutant eop1 was shown to exhibit a petal size increase of 26% caused by cell enlargement. Further phenotypes were detected, such as cotyledon size increase (based on larger cells) as well as increased carpel, sepal, leaf and pollen sizes. Plant height was shown to be increased and more highly branched trichomes explained the hairy eop1 phenotype. Fine mapping revealed the causal SNP to be a C to T transition at the last nucleotide of intron 7 of the INCURVATA11 (ICU11) gene, a 2-oxoglutarate /Fe(II)-dependant dioxygenase, and thus causing missplicing of the mRNA. Two T-DNA insertion lines (icu11-2 & icu11-4) confirmed ICU11 as causal gene by exhibiting increased petal size. A comparison of three icu11 alleles, which possessed different mutation-related changes, either overexpressing ICU11 or modified mRNAs, was the base for investigating the molecular mechanism that underlies the observed phenotype. Different approaches revealed contradictory results regarding ICU11 protein functionality in the icu11 mutants. A complementation assay proved the three mutants to be exchangeable and ICU11 overexpression in the wild-type led to an icu11-like phenotype, arguing for all three icu11 mutants to be GOF mutants. Contradicting this conclusion, the icu11-4 line could be rescued by a genomic ICU11 transgene. A model, based on the assumption that an overexpression of ICU11 is inhibiting the function of the protein, and thus causing the same effect as a LOF protein was proposed. Further, icu11-3 (eop1) mutants were shown to have an increased resistance towards paclobutrazol, a gibberellin (GA) inhibitor and an upregulation of AtGA20ox2, a main GA biosynthesis gene. Additionally, ICU11 subcellular localization was discovered to be cytoplasmic, supporting the assumption, that ICU11 affects GA biosynthesis and overall GA level, possibly explaining the observed (GA-overdose) phenotype. The second project aimed to identify the genetic base of the S-locus in Amsinckia spectabilis, as the Amsinckia genus represents untypical characteristics for a heterostylous species, such as no obvious self-incompatibility (SI) and the repeated transition towards homostylous and fully selfing variants. The work was based on three Amsinckia spectabilis forms: a heterostylous form, consisting of two floral morphs with reciprocal positioning of sexual organs (S-morph: high anthers and a short style and L-morph: low anthers and a long style), and two homostylous forms, one large-flowered and partially selfing and the other small-flowered and fully selfing. The maintenance of the two floral morphs is genetically based on the S-locus region, containing genes that encode for the morph-specific traits, which are marked by a tight linkage due to suppressed recombination. Natural populations are found to possess a 1:1 S:L morph ratio, that can be explained by predominant disassortative mating of the two morphs, causing the occurrence of the dominant S-allele only in the heterozygous state (heterozygous (Ss) for the S-morph and homozygous recessive (ss) for the L-morph). Investigation of morph-specific phenotypes detected 56% elongated L-morph styles and 58% higher positioned S-morph anthers. Approximately 50% of the observed size differences were explained by an increase in cell elongation. Moreover, additional phenotypes were found, such as 21% enlarged S-morph pollen and no obvious SI, confirmed by hand pollinated seed counts, in vivo pollen tube growth and the development of homozygous dominant SS individuals via selfing. The Amsinckia spec. S-locus was assumed to at least consist of the G- (style length), the A- (anther height) and the P- (pollen size) locus. Comparative Transcriptomics of the two morphs revealed 22 differentially expressed markers that were found to be located within two contigs of a SS individual PacBio genome assembly, allowing the localization of the S-locus to be delimited to a region of approximately 23 Mb. Contradictory to revealed S-loci within the plant kingdom, no strong argument for a present hemizygous region was found to be causal for the suppressed recombination of the S-locus, so that an inversion was assumed to be the causal mechanism. KW - INCURVATA11 KW - Amsinckia KW - Arabidopsis thaliana cell size S-morph KW - L-morph KW - style KW - anthers KW - 2-oxoglutarate /FeII-dependant dioxygenases KW - cell size KW - S-morph KW - Zellgröße KW - S-morph KW - L-morph KW - Fruchtknoten KW - Staubblätter KW - 2-oxoglutarat / FeII- abhängige Dioxygenases Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-519861 ER - TY - THES A1 - Barchewitz, Tino T1 - Impact of microcystin on the non-canonical localization of RubisCO in the toxic bloom-forming cyanobacterium Microcystis aeruginosa PCC7806 T1 - Einfluss von Microcystin auf die nicht-kanonische Lokalisierung von RubisCO im toxischen Blüten-bildenden Cyanobakterium Microcystis aeruginosa PCC7806 N2 - Cyanobacteria are an abundant bacterial group and are found in a variety of ecological niches all around the globe. They can serve as a real threat for fish or mammals and can restrict the use of lakes or rivers for recreational purposes or as a source of drinking water, when they form blooms. One of the most abundant bloom-forming cyanobacteria is Microcystis aeruginosa. In the first part of the study, the role and possible dynamics of RubisCO in M. aeruginosa during high-light irradiation were examined. Its response was analyzed on the protein and peptide level via immunoblotting, immunofluorescence microscopy and with high performance liquid chromatography (HPLC). It was revealed that large amounts of RubisCO were located outside of carboxysomes under the applied high light stress. RubisCO aggregated mainly underneath the cytoplasmic membrane. There it forms a putative Calvin-Benson-Bassham (CBB) super complex together with other enzymes of photosynthesis. This complex could be part of an alternative carbon-concentrating mechanism (CCM) in M. aeruginosa, which enables a faster, and energy saving adaptation to high light stress of the whole bloom. Furthermore, the re-localization of RubisCO was delayed in the microcystin-deficient mutant ΔmcyB and RubisCO was more evenly distributed over the cell in comparison to the wild type. Since ΔmcyB is not harmed in its growth, possibly other produced cyanopeptides as aeruginosin or cyanopeptolin also play a role in the stabilization of RubisCO and the putative CBB complex, especially in the microcystin-free mutant. In the second part of this work, the possible role of microcystin as an extracellular signaling peptide during the diurnal cycle was studied. HPLC analysis showed a strong increase of extracellular microcystin in the wild type when the population entered nighttime and it resumed into the next day as well. Together with the increase of extracellular microcystin, a strong decrease of protein-bound intracellular microcystin was observed via immunoblot analysis. Interestingly, the signal of the large subunit of RubisCO (RbcL) also diminished when high amounts of microcystin were present in the surrounding medium. Microcystin addition experiments to M. aeruginosa WT and ΔmcyB cultures support this observation, since the immunoblot signal of both subunits of RubisCO and CcmK, a shell protein of carboxysomes, diminished after the addition of microcystin. In addition, the fluctuation of cyanopeptolin during the diurnal cycle indicates a more prominent role of other cyanopeptides besides microcystin as a signaling peptide, intracellularly as well as extracellularly. N2 - Cyanobakterien können weltweit in einer Vielzahl von ökologischen Nischen gefunden werden. Sie stellen eine Gefahr für Eukaryoten wie Fische oder Säugetiere dar, und können auch die Nutzung von Seen oder Flüssen zu Erholungszwecken oder als Trinkwasserquelle beeinträchtigen, wenn sie an der Wasser-Luft Interphase Blüten bilden. Einer der häufigsten blütenbildenden Cyanobakterien ist der Stamm M. aeruginosa PCC7806, welcher in Cyanobakterienblüten auf der ganzen Welt gefunden werden kann. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die Funktion und mögliche Dynamiken von RubisCO während der Bildung und Aufrechterhaltung von dicht gewachsenen Blüten untersucht. Dafür wurden Schwachlicht-adaptierte M. aeruginosa Zellkulturen Starklicht ausgesetzt und deren Reaktion auf dem Protein- und Peptidlevel analysiert. Verwendete Analysemethoden waren Western Blots, Immunofluoreszenz-mikroskopie und Hochleistungsflüssigkeitschromatografie (HPLC). Es konnte aufgezeigt werden, dass unter der angewendeten Starklichtbehandlung große Mengen RubisCO außerhalb der Carboxysomen lokalisiert waren. Dabei konnte RubisCO hauptsächlich direkt unterhalb der zytoplasmatischen Membran in Form von Aggregaten nachgewiesen werden. Diese Aggregate sind möglicherweise Teil eines hypothetischen Calvin-Benson-Bassham Zyklus (CBB) Superkomplexes zusammen mit anderen Enzymen aus der Photosynthese. Dieser Komplex könnte Teil eines alternativen Kohlenstoff-Konzentrationsmechanismus in M. aeruginosa sein, welcher eine schnellere und energiesparendere Anpassung der Cyanobakterienblüte an Starklichtstress ermöglicht. Weiterhin erfolgte die Relokalisation von RubisCO in der Microcystin-freien Mutante ΔmcyB verzögert und RubisCO war homogener in der Zelle verteilt im Vergleich zum Wildtyp. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind im Einklang mit vorherigen Publikationen zu der Funktion von Microcystin als Schutz gegen Proteinabbau in Folge der Bindung von Microcystin an das jeweilige Protein. Da ΔmcyB im Wachstum nicht eingeschränkt war, scheint es möglich, dass andere Cyanopeptoline wie Aeruginosin oder Cyanopeptolin die stabilisierende Funktion von Microcystin gegenüber RubisCO und den hypothetischen CBB Komplex übernehmen, vor allem in der Microcystin-freien Mutante. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die mögliche extrazelluläre Funktion von Microcystin untersucht. HPLC-Analysen zeigen eine starke Zunahme an extrazellulärem Microcystin im Wildtyp als die Zellkultur in die Nachtphase übergegangen ist. Dieser Trend hat sich auch in den folgenden Tag hinein fortgesetzt. Zusammen mit der Zunahme an extrazellulärem Microcystin wurde eine starke Abnahme an proteingebundenem intrazellulärem Microcystin festgestellt, anhand von Western Blot-Untersuchungen. Interessanterweise verringerte sich die Signalstärke der großen Untereinheit von RubisCO (RbcL) im selben Zeitraum im Western Blot. Microcystin Zugabe-Experimente zu M. aeruginosa WT und ΔmcyB unterstützen diese Beobachtung, da das Western Blot-Signal für sowohl beide Untereinheiten von RubisCO als auch CcmK, ein Hüllenprotein der Carboxysomen, nach der Zugabe von Microcystin stark abnahm. Zusätzlich weist die Fluktuation des Cyanopeptolin-Signals während des Tag-Nacht Zyklus auf eine wichtigere Funktion von Cyanopeptiden abseits von Microcystin hin; als Signalpeptide, sowohl intrazellulär als auch extrazellulär. Diese Dissertation gibt neue Einsichten in Adaptionsprozesse von M. aeruginosa an Starklicht-Bedingungen. Der postulierte alternative Kohlenstoff-Konzentrations-mechanismus, welcher direkt unterhalb der zytoplasmatischen Membran stattfindet, gibt M. aeruginosa einen Vorteil gegenüber anderen Cyanobakterien, welche nur den in der Literatur anerkannten Carboxysomen-basierten Kohlenstoff-Konzentrations-mechanismus besitzen. Des Weiteren stärkt die vorliegende Arbeit die Hypothese, dass die eigentliche extrazelluläre Funktion von Microcystin die eines Signalstoffes ist, und nicht die eines antibiotischen Stoffes. KW - Cyanobacteria KW - Microcystis KW - Microcystin KW - RubisCO KW - Carbon concentrating mechanism KW - Cyanobakterien KW - Microcystin KW - Microcystis KW - Carboxysomen KW - Kohlenstoff-Konzentrationsmechanismus KW - RubisCO Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-508299 ER -