TY - JOUR A1 - Rading, M. Michael A1 - Sandmann, Michael A1 - Steup, Martin A1 - Chiarugi, Davide A1 - Valleriani, Angelo T1 - Weak correlation of starch and volume in synchronized photosynthetic cells JF - Physical review : E, Statistical, nonlinear and soft matter physics N2 - In cultures of unicellular algae, features of single cells, such as cellular volume and starch content, are thought to be the result of carefully balanced growth and division processes. Single-cell analyses of synchronized photoautotrophic cultures of the unicellular alga Chlamydomonas reinhardtii reveal, however, that the cellular volume and starch content are only weakly correlated. Likewise, other cell parameters, e.g., the chlorophyll content per cell, are only weakly correlated with cell size. We derive the cell size distributions at the beginning of each synchronization cycle considering growth, timing of cell division and daughter cell release, and the uneven division of cell volume. Furthermore, we investigate the link between cell volume growth and starch accumulation. This work presents evidence that, under the experimental conditions of light-dark synchronized cultures, the weak correlation between both cell features is a result of a cumulative process rather than due to asymmetric partition of biomolecules during cell division. This cumulative process necessarily limits cellular similarities within a synchronized cell population. Y1 - 2015 U6 - https://doi.org/10.1103/PhysRevE.91.012711 SN - 1539-3755 SN - 1550-2376 VL - 91 IS - 1 PB - American Physical Society CY - College Park ER - TY - JOUR A1 - Schwarte, Sandra A1 - Wegner, Fanny A1 - Havenstein, Katja A1 - Groth, Detlef A1 - Steup, Martin A1 - Tiedemann, Ralph T1 - Sequence variation, differential expression, and divergent evolution in starch-related genes among accessions of Arabidopsis thaliana JF - Plant molecular biology : an international journal of fundamental research and genetic engineering N2 - Transitory starch metabolism is a nonlinear and highly regulated process. It originated very early in the evolution of chloroplast-containing cells and is largely based on a mosaic of genes derived from either the eukaryotic host cell or the prokaryotic endosymbiont. Initially located in the cytoplasm, starch metabolism was rewired into plastids in Chloroplastida. Relocation was accompanied by gene duplications that occurred in most starch-related gene families and resulted in subfunctionalization of the respective gene products. Starch-related isozymes were then evolutionary conserved by constraints such as internal starch structure, posttranslational protein import into plastids and interactions with other starch-related proteins. 25 starch-related genes in 26 accessions of Arabidopsis thaliana were sequenced to assess intraspecific diversity, phylogenetic relationships, and modes of selection. Furthermore, sequences derived from additional 80 accessions that are publicly available were analyzed. Diversity varies significantly among the starch-related genes. Starch synthases and phosphorylases exhibit highest nucleotide diversities, while pyrophosphatases and debranching enzymes are most conserved. The gene trees are most compatible with a scenario of extensive recombination, perhaps in a Pleistocene refugium. Most genes are under purifying selection, but disruptive selection was inferred for a few genes/substitutiones. To study transcript levels, leaves were harvested throughout the light period. By quantifying the transcript levels and by analyzing the sequence of the respective accessions, we were able to estimate whether transcript levels are mainly determined by genetic (i.e., accession dependent) or physiological (i.e., time dependent) parameters. We also identified polymorphic sites that putatively affect pattern or the level of transcripts. KW - Arabidopsis thaliana KW - Divergent evolution KW - Intraspecific genetic variation KW - Positive selection KW - Starch metabolizing enzymes KW - Transcript levels Y1 - 2015 U6 - https://doi.org/10.1007/s11103-015-0293-2 SN - 0167-4412 SN - 1573-5028 VL - 87 IS - 4-5 SP - 489 EP - 519 PB - Springer CY - Dordrecht ER - TY - JOUR A1 - Cisek, Richard A1 - Tokarz, Danielle A1 - Steup, Martin A1 - Tetlow, Ian J. A1 - Emes, Michael J. A1 - Hebelstrup, Kim H. A1 - Blennow, Andreas A1 - Barzda, Virginijus T1 - Second harmonic generation microscopy investigation of the crystalline ultrastructure of three barley starch lines affected by hydration JF - Biomedical optics express N2 - Second harmonic generation (SHG) microscopy is employed to study changes in crystalline organization due to altered gene expression and hydration in barley starch granules. SHG intensity and susceptibility ratio values (R'(SHG)) are obtained using reduced Stokes-Mueller polarimetric microscopy. The maximum R'(SHG) values occur at moderate moisture indicating the narrowest orientation distribution of nonlinear dipoles from the cylindrical axis of glucan helices. The maximum SHG intensity occurs at the highest moisture and amylopectin content. These results support the hypothesis that SHG is caused by ordered hydrogen and hydroxyl bond networks which increase with hydration of starch granules. (C) 2015 Optical Society of America Y1 - 2015 U6 - https://doi.org/10.1364/BOE.6.003694 SN - 2156-7085 VL - 6 IS - 10 SP - 3694 EP - 3700 PB - Optical Society of America CY - Washington ER - TY - JOUR A1 - Steup, Martin T1 - Raum und Zahl in der Pflanzenphysiologie JF - Raum und Zahl Y1 - 2015 SN - 978-3-86464-082-7 SP - 77 EP - 109 PB - Trafo CY - Berlin ER - TY - BOOK A1 - Günther, Oliver A1 - Petsche, Hans-Joachim A1 - Fischer, Martin H. A1 - Franz, Norbert P. A1 - Steup, Martin A1 - Sixtus, Elena A1 - Heimann, Heinz-Dieter A1 - Pröve, Ralf ED - Petsche, Hans-Joachim T1 - Raum und Zahl im Fokus der Wissenschaften BT - eine multidisziplinäre Vorlesungsreihe T3 - Studieren ++ : Konzepte, Perspektiven, Kompetenzen ; 1 N2 - Die nun begonnene Reihe „studieren++“ resultiert aus einer von der Universität Potsdam angebotenen Vorlesungsreihe. Das Besondere an dieser Vorlesungsreihe ist der multidisziplinäre Anspruch und die konsequent umgesetzte Zusammenarbeit über Disziplingrenzen hinweg. Die nicht nur über Instituts-, sondern über Fakultätsgrenzen praktizierte Interdisziplinarität erlaubt die Betrachtung eines Problems oder Sachverhalts aus unterschiedlichen Blickwinkeln. Wissenschaftliche Fragestellungen sind komplex und nicht immer auf eine Disziplin beschränkt. Sie in ihrer Gänze erfassen und nachhaltige Lösungsstrategien oder Konzepte entwickeln zu können gelingt oft nur durch eine multidisziplinäre Kooperation. Eine Lehrveranstaltung wie die vorliegende ist nicht nur für die Studierenden einer Universität eine hervorragende Möglichkeit, um über die Grenzen der eigenen Disziplin hinaus zu blicken und die Zusammenarbeit mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus anderen Bereichen zu pflegen. So lernt man, sich in andere Sichtweisen hineinzuversetzen und sich zwischen den Disziplinen zu bewegen – eine Kompetenz, die in der hochkomplexen Arbeitswelt von heute von hohem Nutzen ist. Der vorliegende erste Band der Reihe hat „Raum und Zahl“ zum Thema und ist aus einer Ringvorlesung aus dem Wintersemester 2013/2014 entstanden. Drei der fünf Fakultäten, insgesamt neun Institute der Universität Potsdam, haben sich an der Vorlesung beteiligt und sich dieses spannenden Themas angenommen. Als jemand, der sich jahrelang wissenschaftlich mit algorithmischer Geometrie sowie mit raumbezogenen Datenbanken und Navigationssystemen beschäftigt hat, kann ich nur bekräftigen, dass die Bezüge zwischen Raum und Zahl, zwischen Räumen und Zahlen, noch viel stärker im öffentlichen Bewusstsein verankert gehören. Räume auch quantitativ zu erfassen und zu verstehen ist eine Kulturtechnik, die an Wichtigkeit eher noch zunimmt, vor allem vor dem Hintergrund, dass wir genetisch nicht allzu gut auf derartige Herausforderungen vorbereitet sind. Denn viele unserer einschlägigen Gene entstammen noch aus der Zeit der Savanne, einer Zeit, zu der das Raumkonzept sich fast ausschließlich auf die unmittelbare räumliche Umgebung bezog und Zahlen jenseits von 10 nur wenig Relevanz für das eigene Überleben hatten. Als Präsident der Universität Potsdam freut es mich ganz besonders, dass sich die hier vertretenen Wissenschaftler bereit erklärt haben, ihre Überlegungen mit den Studierenden und ihren Kolleginnen und Kollegen zu teilen. Herrn Kollegen Hans-Joachim Petsche möchte ich für sein Engagement danken und ihm zu dieser gelungenen Reihe gratulieren. Der Geist der Wissenschaft, der nicht nur einsam im Büro oder Labor gelebt wird, sondern gerade an einer Universität auch aktiv nach außen getragen werden sollte, wird hier in besonderer Weise sichtbar. Ich wünsche Ihnen viel Freude bei der Lektüre des Bandes und freue mich auf weitere Veröffentlichungen in dieser Reihe. KW - Raum KW - Zahl KW - Aufsatzsammlung Y1 - 2015 SN - 978-3-86464-082-7 PB - Trafo CY - Berlin ER -