TY - THES A1 - Andresen, Heiko T1 - Analytische Biochips auf der Basis vollsynthetischer Peptide für die serologische Multiparameterdiagnostik Y1 - 2007 CY - Potsdam ER - TY - JOUR A1 - Andresen, Dennie A1 - von Nickisch-Rosenegk, Markus A1 - Bier, Frank Fabian T1 - Helicase dependent OnChip-amplification and its use in multiplex pathogen detection N2 - Background: The need for fast, specific and sensitive multiparametric detection methods is an ever growing demand in molecular diagnostics. Here we report on a newly developed method, the helicase dependent Onchip amplification (OnChip-HDA). This approach integrates the analysis and detection in one single reaction thus leading to time and cost savings in multiparametric analysis. Methods: HDA is an isothermal amplification method that is not depending on thermocycling as known from PCR due to the helicases' ability to unwind DNA double-strands. We have combined the HDA with microarray based detection, making it suitable for multiplex detection. As an example we used the Onchip HDA in single and multiplex amplifications for the detection of the two pathogens N. gonorrhoeae and S. aureus directly on surface bound primers. Results: We have successfully shown the OnChip-HDA and applied it for single- and duplex- detection of the pathogens N. gonorrhoeae and S. aureus. Conclusion: We have developed a new method, the OnChip-HDA for the multiplex detection of pathogens. Its simplicity in reaction setup and potential for miniaturization and multiparametric analysis is advantageous for the integration in miniaturized Lab on Chip systems, e.g. needed in point of care diagnostics. Y1 - 2009 UR - http://www.sciencedirect.com/science/journal/00098981 U6 - https://doi.org/10.1016/j.cca.2009.03.021 SN - 0009-8981 ER - TY - JOUR A1 - Andresen, Dennie A1 - von Nickisch-Rosenegk, Markus A1 - Bier, Frank Fabian T1 - Helicase-dependent amplification : use in OnChip amplification and potential for point-of-care diagnostics N2 - Isothermal amplification technologies are emerging on the horizon that could have the potential to pose as alternatives to PCR in terms of sensitivity and ease of use. One of the most recent isothermal technologies is helicase- dependent amplification (HDA). This technology uses the helicase's capability to disrupt the hydrogen bonds of a Watson-Crick base pair in order to separate dsDNA. A denaturation step, as is used in PCR, is no longer required. This gives rise to new, less expensive and less complicated designs for point-of-care devices and 'Lab on Chip' systems. Helicase-dependent OnChip-amplification (OnChip-HDA) is a further step into this direction as it integrates the HDA technology with microarray technology and its power of multiplexing. This special report will give an overview on the HDA and OnChip-HDA technology, and its potential for point-of-care diagnostics. Y1 - 2009 UR - http://www.expert-reviews.com/loi/erm U6 - https://doi.org/10.1586/erm.09.46 SN - 1473-7159 ER - TY - THES A1 - Andresen, Dennie T1 - Entwicklung von Microarrays für die Multiparameteranalytik und Etablierung einer Multiplex-OnChip-PCR T1 - Development of Microarrays for multiparameter analytics and the development of a multiplex OnChip-PCR N2 - In der molekularen Diagnostik besteht ein Bedarf an schnellen und spezifischen Testsystemen, die entweder für die Labordiagnostik oder in Point of Care-Umgebungen eingesetzt werden können. Um dieses Ziel zu erreichen, stehen die Miniaturisierung und Parallelisierung im Mittelpunkt des Forschungsinteresses. Die führende Methode im Bereich der DNA-Analytik ist derzeit die Realtime-PCR. Dieser Technologie sind hinsichtlich der Multiplexfähigkeit technologischen Hürden gesetzt, da derzeit nur eine Analyse von maximal vier Parametern parallel in einem Versuchsansatz erfolgen kann. Microarrays stellen hingegen die benötigten Voraussetzungen zur Verfügung, um als Werkzeuge für die Multiparameteranalyse in verschiedensten Anwendungsbereichen zu dienen. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit war es, Multiplex-PCRs und diagnostische Microarrays zu entwickeln, die für analytische Fragestellungen eine schnelle und zuverlässige Multiparameteranalytik ermöglichen, um die bisherigen Einschränkungen aktueller Nachweisverfahren zu vermeiden. Als Anwendungen wurden zum einen ein Nachweissystem für acht relevante Geflügelpathogene zur Überwachung in der Geflügelzucht, zum anderen ein Nachweissystem zur Identifikation potentiell allergener Lebensmittelinhaltstoffe entwickelt. Neben der Entwicklung geeigneter PCR und Multiplex-PCR-Verfahren sowie spezifischer Microarrays für die Detektion der gesuchten Zielsequenzen stand auch die weiterführende Integration von DNA-Amplifikation und Microarray-Technologie im Fokus dieser Arbeit. Die OnChip-Amplifikation stellt eine Möglichkeit dar, um DNA-Analytik und Detektion in einem Reaktionsschritt zu integrieren. Entsprechend wurden die in der Arbeit entwickelten PCR- und Multiplex-PCR-Verfahren zum Nachweis potentieller allergener Lebensmittelinhaltsstoffe für die OnChip-Amplifikation adaptiert und Reaktionsbedingungen getestet, die eine Multiparameteranalyse auf dem Chip ermöglichen. Die entwickelten OnChip-PCR-Verfahren zeigten eine hohe Spezifität sowohl in Single- als auch in der Multiplex-OnChip-PCR. Eine Sensitivität von 10 Kopien bzw. <10ppm konnte in Single-OnChip-PCRs für den Nachweis allergener Lebensmittelinhaltsstoffe gezeigt werden. In Multiplex-OnChip-PCRs konnten 10-100ppm allergene Verunreinigungen spezifisch in unterschiedlichen Lebensmitteln nachgewiesen werden. Ein weiterer Schritt in Richtung einer möglichen Verwendung im Point of Care-Bereich stellt der Einsatz eines isothermalen Amplifikationsverfahrens dar. Vorteil eines solchen Verfahrens ist die Möglichkeit, auf das ansonsten benötigte Thermocycling zu verzichten. Dies vereinfacht eine Integration der OnChip-Amplifikation in mobile Analysegeräte oder Lab on Chip-Systeme und qualifiziert das Verfahren für den Einsatz in Point of Care-Umgebungen. In dieser Arbeit wurde eine noch junge isothermale Amplifikationsmethode, die helikase-abhängige Amplifikation (HDA), hinsichtlich ihrer Eignung für die Integration auf einem Microarray getestet. Hierfür konnte die bislang erste OnChip-HDA für Einzel- und Duplex-Nachweise von Pathogenen entwickelt werden. N2 - In molecular diagnostics there is a need for fast and specific assay systems that could be used in the clinics and in point of care settings alike. Therefore miniaturisation and parallelisation are in the main focus of current assay development researches. The current gold standard for DNA analytics is the realtime PCR. However, this technology has its restraints in context to multiplex analysis. With the currently available technology an efficient multiplexing is only possible for four different targets per analysed sample. Microarrays in contrast offer the needed multiplex capabilities and have advanced to capable tools used in multiple fields of application. One focus of this work was the integration of Multiplex PCR and microarray technology, developing a microarray capable of analysing multiple parameters in one given sample, circumventing the problems and restraints of the exsisting technologies. As an example microarray assays for two different application fields were developed. One microarray assay for the detection of pathogens in poultry and another microarray assay for the detection of potentially allergenic food ingredients. Single- and Multiplex OnChip-PCR assays for both applications were developed and tested. OnChip-PCRs developed in this work showed high specificity in Single- and Multiplex-OnChip amplifications. The sensitivity was in the range of 10 DNA copies or 10ppm respectively for Single-OnChip-PCR in experiments for the detection of allergenic food contaminations. In Multiplex-OnChip-PCR experiments 100 DNA copies or 100ppm of food contaminents could be detected in different food matrices. A further focus of this work was the adaption of the OnChip amplification for the use in Point of Care settings. Isothermal amplification is a promising approach having the advantage of avoiding the thermocycling needed in the PCR. This opens up certain opportunities for the development of smaller, more flexible mobile diagnostic analysis devices. In this work we have evaluated the helicase dependent amplification (HDA) in terms of usability in OnChip amplification. In this work it was shown for the first time that HDA could be used for the detection of different pathogens in an Duplex-OnChip-PCR, showing the potential of this technology for integration in Point of Care settings. KW - On Chip PCR KW - Microarray KW - HDA KW - Multiplex PCR KW - Multiparameter KW - On Chip PCR KW - Microarray KW - HDA KW - Multiplex PCR KW - multiparameter Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-39462 ER - TY - THES A1 - Andres, Janin T1 - Untersuchungen über Regulationsmechanismen der 11beta-Hydroxysteroid Dehydrogenase Typ 1 T1 - Analysis of regulation of 11beta-Hydroxysteroid dehydrogenase type 1 N2 - Die 11beta-HSD1 reguliert intrazellulär die Cortisolkonzentration durch Regeneration von Cortison z.B. aus dem Blutkreislauf, zu Cortisol. Daher stellt diese ein wichtiges Element in der Glucocorticoid-vermittelten Genregulation dar. Die 11beta-HSD1 wird ubiquitär exprimiert, auf hohem Niveau besonders in Leber, Fettgewebe und glatten Muskelzellen. Insbesondere die Bedeutung der 11beta-HSD1 in Leber und Fettgewebe konnte mehrfach nachgewiesen werden. In der Leber führte eine erhöhte Aktivität aufgrund einer Überexpression in Mäusen zu einer verstärkten Gluconeogeneserate. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass eine erhöhte Expression und erhöhte Enzymaktivität der 11beta-HSD1 im subkutanen und viszeralen Fettgewebe assoziiert ist mit Fettleibigkeit, Insulinresistenz und Dyslipidämie. Über die Regulation ist jedoch noch wenig bekannt. Zur Untersuchung der Promotoraktivität wurde der Promotorbereich von -3034 bis +188, vor und nach dem Translations- und Transkriptionsstart, der 11beta-HSD1 kloniert. 8 Promotorfragmente wurden mittels Dual-Luciferase-Assay in humanen HepG2-Zellen sowie undifferenzierten und differenzierten murinen 3T3-L1-Zellen untersucht. Anschließend wurde mittels nicht-radioaktiven EMSA die Bindung des TATA-Binding Proteins (TBP) sowie von CCAAT/Enhancer-Binding-Proteinen (C/EBP) an ausgewählte Promotorregionen analysiert. Nach der Charakterisierung des Promotors wurden spezifische endogene und exogene Regulatoren untersucht. Fettsäuren modifizieren die Entstehung von Adipositas und Insulinresistenz. Ihre Wirkung wird u.a. PPARgamma-abhängig vermittelt und kann durch das Inkretin (Glucose-dependent insulinotropic Peptide) GIP modifiziert werden. So wurden die Effekte von unterschiedlichen Fettsäuren, vom PPARgamma Agonisten Rosiglitazon sowie dem Inkretin GIP auf die Expression und Enzymaktivität der 11beta-HSD1 untersucht. Dies wurde in-vitro-, tierexperimentell und in humanen in-vivo-Studien realisiert. Zuletzt wurden 2 Single Nucleotide Polymorphismen (SNP) im Promotorbereich der 11beta-HSD1 in der Zellkultur im Hinblick auf potentielle Funktionalität analysiert sowie die Assoziation mit Diabetes mellitus Typ 2 und Körpergewicht in der MeSyBePo-Kohorte bei rund 1.800 Personen untersucht. Die Luciferase-Assays zeigten basal eine zell-spezifische Regulation der 11beta-HSD1, wobei in allen 3 untersuchten Zelltypen die Bindung eines Repressors nachgewiesen werden konnte. Zudem konnte eine mögliche Bindung des TBPs sowie von C/EBP-Proteinen an verschiedene Positionen gezeigt werden. Die Transaktivierungsassays mit den C/EBP-Proteinen -alpha, -beta und -delta zeigten eben-falls eine zellspezifische Regulation des 11beta-HSD1-Promotors. Die Aktivität und Expression der 11beta-HSD1 wurde durch die hier untersuchten endogenen und exogenen Faktoren spezifisch modifiziert, was sowohl in-vitro als auch in-vivo in unterschiedlichen Modellsystemen dargestellt werden konnte. Die Charakterisierung der MeSyBePo-Kohorte ergab keine direkten Assoziationen zwischen Polymorphismus und klinischem Phänotyp, jedoch Tendenzen für eine erhöhtes Körper-gewicht und Typ 2 Diabetes mellitus in Abhängigkeit des Genotyps. Der Promotor der 11beta-HSD1 konnte aufgrund der Daten aus den Luciferaseassays sowie den Daten aus den EMSA-Analysen näher charakterisiert werden. Dieser zeigt eine variable und zell-spezifische Regulation. Ein wichtiger Regulator stellen insbesondere in den HepG2-Zellen die C/EBP-Proteine -alpha, -beta und -delta dar. Aus den in-vivo-Studien ergab sich eine Regulation der 11beta-HSD1 durch endogene, exogene und pharmakologische Substanzen, die durch die Zellkulturversuche bestätigt und näher charakterisiert werden konnten. N2 - The enzyme 11beta-HSD1 regulates intracellular the cortisol concentration by regeneration of cortisone to cortisol. Hence, 11beta-HSD1 is an important factor in glucocorticoid-mediated gene expression. It is ubiquitously expressed, but high levels have been specifically described in liver, adipose tissue and smooth muscle cells. A pivotal role for 11beta-HSD1 has been demonstrated with respect to metabolism in liver and adipose tissue. Thus, a liver-specific overexpression results in an elevated gluconeogenesis and hepatic glucose output. Furthermore, a fat-specific overexpression was associated with obesity, insulin resistance and dyslipidemia. Despite these intriguing data, the regulation of the human 11beta-HSD1 gene is still in its infancies. 8 promoter fragments from -3034 to +188 of 11beta-HSD1-gene were cloned to analyze promoter activity. Dual-Luciferase-Assay was used in humane HepG2 cells and in undifferentiated and differentiated 3T3-L1 cells. Furthermore, the region close to the transcription start was studied with a non-radioactive EMSA for binding of TATA-binding protein (TBP) and CCAAT/enhancer-binding-protein (C/EBP). The role of the endogenous and exogenous regulators fatty acids, PPARgamma and the incretin (Glucose-dependent insulinotropic Peptide) GIP was investigated in-vitro and in-vivo. Finally, the functional consequences of 2 Single Nucleotide Polymorphisms (SNP) within the promoter region were studied in cell culture and the MeSyBePo-cohorts for association with diabetes mellitus type 2 and body weight. The Luciferase-assay revealed a cell-specific regulation of 11beta-HSD1 and a repressor, which was active in all 3 cell models. Accordingly, a cell-specific regulation was observed in transactivation-assays with C/EBP-proteins -alpha, -beta and -delta. The 11beta-HSD1 enzyme expression and activity was specifically modified by the here investigated endogenous and exogenous factors, which was demonstrated in-vitro but also in-vivo in various experimental settings. The characterisation of the MeSyBePo-cohorte revealed no association between genotype and clinical phenotype, although a trend for an increased body weight and diabetes mellitus type 2 was detected. This work demonstrated a cell-specific regulation of the 11beta-HSD1 promoter. Furthermore, a binding site for TATA-binding proteins was detected in HepG2 and undifferentiated 3T3-L1 cells. A pivotal role in regulation of 11beta-HSD1 promoter activity was demonstrated for the C/EBP-proteins, especially in liver cells. The in-vivo-Studies revealed a regulation of enzyme expression and activity by endogenous, exogenous and pharmacological substances, which was confirmed and analyzed in more detail in cell culture experiments. KW - Promotor KW - 11beta-HSD1 KW - Fettleibigkeit KW - Diabetes KW - Regulation KW - Promoter KW - 11beta-HSD1 KW - Obesity KW - Diabetes KW - Regulation Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-33033 ER - TY - JOUR A1 - Andres, Dorothee A1 - Roske, Yvette A1 - Doering, Carolin A1 - Heinemann, Udo A1 - Seckler, Robert A1 - Barbirz, Stefanie T1 - Tail morphology controls DNA release in two Salmonella phages with one lipopolysaccharide receptor recognition system JF - Molecular microbiology N2 - Bacteriophages use specific tail proteins to recognize host cells. It is still not understood to molecular detail how the signal is transmitted over the tail to initiate infection. We have analysed in vitro DNA ejection in long-tailed siphovirus 9NA and short-tailed podovirus P22 upon incubation with Salmonella typhimurium lipopolysaccharide (LPS). We showed for the first time that LPS alone was sufficient to elicit DNA release from a siphovirus in vitro. Crystal structure analysis revealed that both phages use similar tailspike proteins for LPS recognition. Tailspike proteins hydrolyse LPS O antigen to position the phage on the cell surface. Thus we were able to compare in vitro DNA ejection processes from two phages with different morphologies with the same receptor under identical experimental conditions. Siphovirus 9NA ejected its DNA about 30 times faster than podovirus P22. DNA ejection is under control of the conformational opening of the particle and has a similar activation barrier in 9NA and P22. Our data suggest that tail morphology influences the efficiencies of particle opening given an identical initial receptor interaction event. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1111/j.1365-2958.2012.08006.x SN - 0950-382X VL - 83 IS - 6 SP - 1244 EP - 1253 PB - Wiley-Blackwell CY - Hoboken ER - TY - JOUR A1 - Andres, Dorothee A1 - Hanke, Christin A1 - Baxa, Ulrich A1 - Seul, Anait A1 - Barbirz, Stefanie A1 - Seckler, Robert T1 - Tailspike interactions with lipopolysaccharide effect DNA ejection from phage P22 particles in vitro N2 - Initial attachment of bacteriophage P22 to the Salmonella host cell is known to be mediated by interactions between lipopolysaccharide (LPS) and the phage tailspike proteins (TSP), but the events that subsequently lead to DNA injection into the bacterium are unknown. We used the binding of a fluorescent dye and DNA accessibility to DNase and restriction enzymes to analyze DNA ejection from phage particles in vitro. Ejection was specifically triggered by aggregates of purified Salmonella LPS but not by LPS with different O-antigen structure, by lipid A, phospholipids, or soluble O-antigen polysaccharide. This suggests that P22 does not use a secondary receptor at the bacterial outer membrane surface. Using phage particles reconstituted with purified mutant TSP in vitro, we found that the endorhamnosidase activity of TSP degrading the O-antigen polysaccharide was required prior to DNA ejection in vitro and DNA replication in vivo. If, however, LPS was pre-digested with soluble TSP, it was no longer able to trigger DNA ejection, even though it still contained five O-antigen oligosaccharide repeats. Together with known data on the structure of LPS and phage P22, our results suggest a molecular model. In this model, tail-spikes position the phage particles on the outer membrane surface for DNA ejection. They force gp26, the central needle and plug protein of the phage tail machine, through the core oligosaccharide layer and into the hydrophobic portion of the outer membrane, leading to refolding of the gp26 lazo-domain, release of the plug, and ejection of DNA and pilot proteins. Y1 - 2010 UR - http://www.jbc.org/ U6 - https://doi.org/10.1074/jbc.M110.169003 SN - 0021-9258 ER - TY - JOUR A1 - Andres, Dorothee A1 - Gohlke, Ulrich A1 - Bröker, Nina Kristin A1 - Schulze, Stefan A1 - Rabsch, Wolfgang A1 - Heinemann, Udo A1 - Barbirz, Stefanie A1 - Seckler, Robert T1 - An essential serotype recognition pocket on phage P22 tailspike protein forces Salmonella enterica serovar Paratyphi A O-antigen fragments to bind as nonsolution conformers JF - Glycobiology N2 - Bacteriophage P22 recognizes O-antigen polysaccharides of Salmonella enterica subsp. enterica (S.) with its tailspike protein (TSP). In the serovars S. Typhimurium, S. Enteritidis, and S. Paratyphi A, the tetrasaccharide repeat units of the respective O-antigens consist of an identical main chain trisaccharide but different 3,6-dideoxyhexose substituents. Here, the epimers abequose, tyvelose and paratose determine the specific serotype. P22 TSP recognizes O-antigen octasaccharides in an extended binding site with a single 3,6-dideoxyhexose binding pocket. We have isolated S. Paratyphi A octasaccharides which were not available previously and determined the crystal structure of their complex with P22 TSP. We discuss our data together with crystal structures of complexes with S. Typhimurium and S. Enteritidis octasaccharides determined earlier. Isothermal titration calorimetry showed that S. Paratyphi A octasaccharide binds P22 TSP less tightly, with a difference in binding free energy of similar to 7 kJ mol(-1) at 20 degrees C compared with S. Typhimurium and S. Enteritidis octasaccharides. Individual protein-carbohydrate contacts were probed by amino acid replacements showing that the dideoxyhexose pocket contributes to binding of all three serotypes. However, S. Paratyphi A octasaccharides bind in a conformation with an energetically unfavorable phi/epsilon glycosidic bond angle combination. In contrast, octasaccharides from the other serotypes bind as solution-like conformers. Two water molecules are conserved in all P22 TSP complexes with octasaccharides of different serotypes. They line the dideoxyhexose binding pocket and force the S. Paratyphi A octasaccharides to bind as nonsolution conformers. This emphasizes the role of solvent as part of carbohydrate binding sites. KW - bacterial O-antigen KW - carbohydrate interaction KW - paratose KW - structural thermodynamics KW - tailspike protein Y1 - 2013 U6 - https://doi.org/10.1093/glycob/cws224 SN - 0959-6658 VL - 23 IS - 4 SP - 486 EP - 494 PB - Oxford Univ. Press CY - Cary ER - TY - JOUR A1 - Andres, Dorothee A1 - Baxa, Ulrich A1 - Hanke, Christin A1 - Seckler, Robert A1 - Barbirz, Stefanie T1 - Carbohydrate binding of Salmonella phage P22 tailspike protein and its role during host cell infection N2 - TSPs (tailspike proteins) are essential infection organelles of bacteriophage P22. Upon infection, P22TSP binds to and cleaves the O-antigen moiety of the LPS (lipopolysaccharide) of its Salmonella host To elucidate the role of TSP during infection, we have studied binding to oligosaccharides and polysaccharides of Salmonella enteric Typhimurium and Enteritidis in vitro. P22TSP is a trimeric beta-helical protein with a carbohydrate-binding site on each subunit. Octasaccharide O-antigen fragments bind to P22TSP with micromolar dissociation constants. Moreover, P22TSP is an endorhamnosidase and cleaves the host O-antigen. Catalytic residues lie at the periphery of the high-affinity binding site, which enables unproductive binding modes, resulting in slow hydrolysis. However, the role of this hydrolysis function during infection remains unclear. Binding of polysaccharide to P22TSP is of high avidity with slow dissociation rates when compared with oligosaccharides. In vivo, the infection of Salmonella with phage P22 can be completely inhibited by the addition of LPS, indicating that binding of phage to its host via TSP is an essential step for infection. Y1 - 2010 UR - http://www.biochemsoctrans.org/ U6 - https://doi.org/10.1042/Bst0381386 SN - 0300-5127 ER - TY - THES A1 - Andres, Dorothee T1 - Biophysical chemistry of lipopolysaccharide specific bacteriophages T1 - Biophysikalische Chemie der Lipopolysaccharid spezifischen Bakteriophagen N2 - Carbohydrate recognition is a ubiquitous principle underlying many fundamental biological processes like fertilization, embryogenesis and viral infections. But how carbohydrate specificity and affinity induce a molecular event is not well understood. One of these examples is bacteriophage P22 that binds and infects three distinct Salmonella enterica (S.) hosts. It recognizes and depolymerizes repetitive carbohydrate structures of O antigen in its host´s outer membrane lipopolysaccharide molecule. This is mediated by tailspikes, mainly β helical appendages on phage P22 short non contractile tail apparatus (podovirus). The O antigen of all three Salmonella enterica hosts is built from tetrasaccharide repeating units consisting of an identical main chain with a distinguished 3,6 dideoxyhexose substituent that is crucial for P22 tailspike recognition: tyvelose in S. Enteritidis, abequose in S. Typhimurium and paratose in S. Paratyphi. In the first study the complexes of P22 tailspike with its host’s O antigen octasaccharide were characterized. S. Paratyphi octasaccharide binds less tightly (ΔΔG≈7 kJ/mol) to the tailspike than the other two hosts. Crystal structure analysis of P22 tailspike co crystallized with S. Paratyphi octasaccharides revealed different interactions than those observed before in tailspike complexes with S. Enteritidis and S. Typhimurium octasaccharides. These different interactions occur due to a structural rearrangement in the S. Paratyphi octasaccharide. It results in an unfavorable glycosidic bond Φ/Ψ angle combination that also had occurred when the S. Paratyphi octasaccharide conformation was analyzed in an aprotic environment. Contributions of individual protein surface contacts to binding affinity were analyzed showing that conserved structural waters mediate specific recognition of all three different Salmonella host O antigens. Although different O antigen structures possess distinct binding behavior on the tailspike surface, all are recognized and infected by phage P22. Hence, in a second study, binding measurements revealed that multivalent O antigen was able to bind with high avidity to P22 tailspike. Dissociation rates of the polymer were three times slower than for an octasaccharide fragment pointing towards high affinity for O antigen polysaccharide. Furthermore, when phage P22 was incubated with lipopolysaccharide aggregates before plating on S. Typhimurium cells, P22 infectivity became significantly reduced. Therefore, in a third study, the function of carbohydrate recognition on the infection process was characterized. It was shown that large S. Typhimurium lipopolysaccharide aggregates triggered DNA release from the phage capsid in vitro. This provides evidence that phage P22 does not use a second receptor on the Salmonella surface for infection. P22 tailspike binding and cleavage activity modulate DNA egress from the phage capsid. DNA release occurred more slowly when the phage possessed mutant tailspikes with less hydrolytic activity and was not induced if lipopolysaccharides contained tailspike shortened O antigen polymer. Furthermore, the onset of DNA release was delayed by tailspikes with reduced binding affinity. The results suggest a model for P22 infection induced by carbohydrate recognition: tailspikes position the phage on Salmonella enterica and their hydrolytic activity forces a central structural protein of the phage assembly, the plug protein, onto the host´s membrane surface. Upon membrane contact, a conformational change has to occur in the assembly to eject DNA and pilot proteins from the phage to establish infection. Earlier studies had investigated DNA ejection in vitro solely for viruses with long non contractile tails (siphovirus) recognizing protein receptors. Podovirus P22 in this work was therefore the first example for a short tailed phage with an LPS recognition organelle that can trigger DNA ejection in vitro. However, O antigen binding and cleaving tailspikes are widely distributed in the phage biosphere, for example in siphovirus 9NA. Crystal structure analysis of 9NA tailspike revealed a complete similar fold to P22 tailspike although they only share 36 % sequence identity. Moreover, 9NA tailspike possesses similar enzyme activity towards S. Typhimurium O antigen within conserved amino acids. These are responsible for a DNA ejection process from siphovirus 9NA triggered by lipopolysaccharide aggregates. 9NA expelled its DNA 30 times faster than podovirus P22 although the associated conformational change is controlled with a similar high activation barrier. The difference in DNA ejection velocity mirrors different tail morphologies and their efficiency to translate a carbohydrate recognition signal into action. N2 - Kohlenhydraterkennung ist ein fundamentales Prinzip vieler biologischer Prozesse wie z.B. Befruchtung, Embryogenese und virale Infektionen. Wie aber Kohlenhydratspezifität und –affinität in ein molekulares Ereignis übersetzt werden, ist nicht genau verstanden. Ein Beispiel für ein solches Ereignis ist die Infektion des Bakteriophage P22, der drei verschiedene Salmonella enterica (S.) Wirte besitzt. Er erkennt und depolymerisiert die repetitiven Einheiten des O Antigens im Lipopolysaccharid, das sich in der äußeren Membran seines Wirtes befindet. Dieser Schritt wird durch die Tailspikes vermittelt, β helicale Bestandteile des kurzen, nicht kontraktilen Schwanzapparates von P22 (Podovirus). Das O Antigen aller drei Salmonella enterica Wirte besteht aus sich wiederholenden Tetrasacchariden. Sie enthalten die gleiche Hauptkette aber eine spezifische 3,6 Didesoxyhexose Seitenkette, die für die P22 Tailspikeerkennung essentiell ist: Tyvelose in S. Enteritidis, Abequose in S. Typhimurium und Paratose in S. Paratyphi. Im ersten Teil der Arbeit wurde die Komplexbildung von P22 Tailspike mit O Antigen Octasaccharidfragmenten der drei verschiedenen Wirte untersucht. S. Paratyphi Octasaccharide binden mit einer geringeren Affinität (ΔΔG≈7 kJ/mol) an den Tailspike als die beiden anderen Wirte. Die Kristallstrukturanalyse des S. Paratyphi Octasaccharides komplexiert mit P22 Tailspike offenbarten unterschiedliche Interkationen als vorher mit S. Enteritidis und S. Typhimurium Oktasaccharidkomplexen mit Tailspike beobachtet wurden. Diese unterschiedlichen Interaktionen beruhen auf einer strukturellen Änderung in den Φ/Ψ Winkeln der glykosidischen Bindung. Die Beiträge von verschiedenen Proteinoberflächenkontakten zur Affnität wurden untersucht und zeigten, dass konservierte Wasser in der Struktur die spezifische Erkennung aller drei Salmonella Wirte vermittelt. Obwohl die verschiedenen O Antigen Strukturen unterschiedliches Bindungsverhalten auf der Tailspikeoberfläche zeigen, werden alle vom Phagen P22 erkannt und infiziert. Daher wurde in einer zweiten Studie die multivalente Bindung zwischen P22 Tailspike und O Antigen charakterisiert. Die Dissoziationskonstanten des Polymers waren drei Mal langsamer als für das Oktasaccharid allein, was auf eine hohe Affinität des O Antigens schließen lässt. Zusätzlich wurde gezeigt, dass die Aggregate des Lipopolysaccharids in der Lage sind, die Infektiösität vom P22 Phagen zu reduzieren. Ausgehend davon wurde in einer dritten Studie die Bedeutung der Kohlenhydrat Erkennung auf den Infektionsprozess untersucht. Große S. Typhimurium Lipopolysaccharide Aggregate bewirkten die DNA Freisetzung vom P22 Kapsid. Dies deutet darauf, dass der P22 Phage keinen weiteren Rezeptor für die Infektion auf der Oberflächen seines Wirtes verwendet. Zusätzlich moduliert die P22 Tailspike Aktivität den Ausstoss der DNA vom P22 Phagen: Er ist langsamer, wenn der Phage Tailspikes besitzt, die weniger hydrolytisch aktiv sind und wurde nicht induziert, wenn Lipopolysaccharid eingesetzt wurde, dass zuvor mit Tailspike hydrolysiert wurde. Darüber hinaus wurde der Start der DNA Ejektion verzögert, wenn Tailspikes mit verminderter Affinität am Phagen vorhanden waren. Die Ergebnisse führten zu einem Modell für die Infektion von P22: Tailspikes positionieren den Phagen auf Salmonella enterica und ihre Aktivität drückt ein zentrales Strukturprotein des Phagen, das Stöpselprotein, auf die Membranoberfläche. Aufgrund des Membrankontaktes findet eine Konformationsänderung statt die zur Ejektion der Pilotproteine und zur Infektion führt. Vorhergehende Studien haben bisher nur die DNA Ejektion in vitro für Viren mit langen, nicht kontraktilen Schwänzen (Siphoviren) mit Proteinrezeptoren untersucht. In dieser Arbeit wurde das erste Mal die DNA Ejektion für einen Podovirus mit LPS Erkennung in vitro gezeigt. Die O Antigen Erkennung und Spaltung durch Tailspikeproteine gibt es häufig in der Phagenbiosphere, z.B. am Siphovirus 9NA. Die Kristallstrukturanalyse von 9NA Tailspike zeigt eine komplett gleiche Struktur, obwohl beide Proteine nur zu 36% Sequenzidentität besitzen. Zusätzlich hat 9NA Tailspike ähnliche enzymatische Eigenschaften. Diese ist für den DNA Ejektionsprozess im Siphovirus 9NA verantwortlich, der auch durch LPS Agreggate induziert wird. 9NA stößt dabei seine DNA 30 Mal schneller aus als Podovirus P22 obwohl die damit verbundene Konformationsänderung mit einer ähnlich hohen Aktivierungsbarriere kontrolliert wird. Daher spiegeln die Unterschiede in der DNA Ejektionsgeschwindigkeit der verschiedenen Tailmorphologien die Effezienz wieder, mit der die spezifische Kohlenhydraterkennung in ein Signal umgewandelt wird. KW - DNA Ejektion KW - Kohlenhydrat Erkennung KW - Phagen Infektion KW - Tailspike KW - Salmonella KW - DNA ejection KW - carbohydrate recognition KW - phage infection KW - tailspike KW - salmonella Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59261 ER - TY - JOUR A1 - Andreev, Andrei A1 - Raschke, Elena A1 - Biskaborn, Boris A1 - Vyse, Stuart Andrew A1 - Courtin, Jérémy A1 - Böhmer, Thomas A1 - Stoof-Leichsenring, Kathleen R. A1 - Kruse, Stefan A1 - Pestryakova, Luidmila Agafyevna A1 - Herzschuh, Ulrike T1 - Late Pleistocene to Holocene vegetation and climate changes in northwestern Chukotka (Far East Russia) deduced from lakes Ilirney and Rauchuagytgyn pollen records JF - Boreas : an international journal of quaternary research N2 - This paper presents two new pollen records and quantitative climate reconstructions from northern Chukotka documenting environmental changes over the last 27.9 ka. Open tundra- and steppe-like habitats dominated between 27.9 and 18.7 cal. ka BP. Betula and Alnus shrubs might have grown in sheltered microhabitats but disappeared after 18.7 cal. ka BP. Although the climate was rather harsh, local herb-dominated communities supported herbivores as is evident by the presence of coprophilous spores in the sediments. The increase in Salix and Cyperaceae similar to 16.1 cal. ka BP suggests climate amelioration. Shrub Betula appeared similar to 15.9 cal. ka BP, and became dominant after similar to 15.52 cal. ka BP, whilst typical steppe communities drastically reduced. Very high presence of Botryococcus in the Lateglacial sediments reflects widespread shallow habitats, probably due to lake level increase. Shrub Alnus became common after similar to 13 cal. ka BP reflecting further climate amelioration. Simultaneously, herb communities gradually decreased in the vegetation reaching a minimum similar to 11.8 cal. ka BP. A gradual decrease of algae remains suggests a reduction of shallow-water habitats. Shrubby and graminoid tundra was dominant similar to 11.8-11.1 cal. ka BP, later Salix stands significantly decreased. The forest-tundra ecotone established in the Early Holocene, shortly after 11.1 cal. ka BP. Low contents of green algae in the Early Holocene sediments likely reflect deeper aquatic conditions. The most favourable climate conditions were between similar to 10.6 and 7 cal. ka BP. Vegetation became similar to the modern after similar to 7 cal. ka BP but Pinus pumila came to the Ilirney area at about 1.2 cal. ka BP. It is important to emphasize that the study area provided refugia for Betula and Alnus during MIS 2. It is also notable that our records do not reflect evidence of Younger Dryas cooling, which is inconsistent with some regional environmental records but in good accordance with some others. Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1111/bor.12521 SN - 0300-9483 SN - 1502-3885 VL - 50 IS - 3 SP - 652 EP - 670 PB - Wiley-Blackwell CY - Oxford [u.a.] ER - TY - JOUR A1 - Andreev, Andrei A1 - Nazarova, Larisa B. A1 - Lenz, Marlene M. A1 - Böhmer, Thomas A1 - Syrykh, Ludmila A1 - Wagner, Bernd A1 - Melles, Martin A1 - Pestryakova, Luidmila A. A1 - Herzschuh, Ulrike T1 - Late Quaternary paleoenvironmental reconstructions from sediments of Lake Emanda (Verkhoyansk Mountains, East Siberia) JF - Journal of quaternary science : JQS N2 - Continuous pollen and chironomid records from Lake Emanda (65 degrees 17'N, 135 degrees 45'E) provide new insights into the Late Quaternary environmental history of the Yana Highlands (Yakutia). Larch forest with shrubs (alders, pines, birches) dominated during the deposition of the lowermost sediments suggesting its Early Weichselian [Marine Isotope Stage (MIS) 5] age. Pollen- and chironomid-based climate reconstructions suggest July temperatures (T-July) slightly lower than modern. Gradually increasing amounts of herb pollen and cold stenotherm chironomid head capsules reflect cooler and drier environments, probably during the termination of MIS 5. T-July dropped to 8 degrees C. Mostly treeless vegetation is reconstructed during MIS 3. Tundra and steppe communities dominated during MIS 2. Shrubs became common after similar to 14.5 ka BP but herb-dominated habitats remained until the onset of the Holocene. Larch forests with shrub alder and dwarf birch dominated after the Holocene onset, ca. 11.7 ka BP. Decreasing amounts of shrub pollen during the Lateglacial are assigned to the Older Dryas and Younger Dryas with T-July similar to 7.5 degrees C. T-July increased up to 13 degrees C. Shrub stone pine was present after similar to 7.5 ka BP. The vegetation has been similar to modern since ca. 5.8 ka BP. Chironomid diversity and concentration in the sediments increased towards the present day, indicating the development of richer hydrobiological communities in response to the Holocene thermal maximum. KW - chironomids KW - environmental reconstructions KW - Late Quaternary KW - pollen Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1002/jqs.3419 SN - 0267-8179 SN - 1099-1417 VL - 37 IS - 5 SP - 884 EP - 899 PB - Wiley CY - New York, NY [u.a.] ER - TY - JOUR A1 - Andrade, Luis A1 - Lu, Yunlong A1 - Cordeiro, Andre A1 - Costa, João M. F. A1 - Wigge, Philip Anthony A1 - Saibo, Nelson J. M. A1 - Jaeger, Katja E. T1 - The evening complex integrates photoperiod signals to control flowering in rice JF - Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America : PNAS N2 - Plants use photoperiodism to activate flowering in response to a particular daylength. In rice, flowering is accelerated in short-day conditions, and even a brief exposure to light during the dark period (night-break) is sufficient to delay flowering. Although many of the genes involved in controlling flowering in rice have been uncovered, how the long- and short-day flowering pathways are integrated, and the mechanism of photoperiod perception is not understood. While many of the signaling components controlling photoperiod-activated flowering are conserved between Arabidopsis and rice, flowering in these two systems is activated by opposite photoperiods. Here we establish that photoperiodism in rice is controlled by the evening complex (EC). We show that mutants in the EC genes LUX ARRYTHMO (LUX) and EARLY FLOWERING3 (ELF3) paralogs abolish rice flowering. We also show that the EC directly binds and suppresses the expression of flowering repressors, including PRR37 and Ghd7. We further demonstrate that light acts via phyB to cause a rapid and sustained posttranslational modification of ELF3-1. Our results suggest a mechanism by which the EC is able to control both long- and short-day flowering pathways. KW - rice KW - flowering KW - ELF3 KW - LUX KW - Evening Complex Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1073/pnas.2122582119 SN - 0027-8424 SN - 1091-6490 VL - 119 IS - 26 PB - National Acad. of Sciences CY - Washington ER - TY - THES A1 - Andrade Linares, Diana Rocío T1 - Characterization of tomato root-endophytic fungi and analysis of their effects on plant development, on fruit yield and quality and on interaction with the pathogen Verticillium dahliae T1 - Charakterisierung wurzelendophytischer Pilze von Tomate und Analyse ihrer Effekte auf Pflanzenentwicklung, auf Ertrag und Fruchtqualität und auf die Wechselwirkung mit dem Pathogen Verticillium dahliae N2 - Non-mycorrhizal fungal endophytes are able to colonize internally roots without causing visible disease symptoms establishing neutral or mutualistic associations with plants. These fungi known as non-clavicipitaceous endophytes have a broad host range of monocot and eudicot plants and are highly diverse. Some of them promote plant growth and confer increased abiotic-stress tolerance and disease resistance. According to such possible effects on host plants, it was aimed to isolate and to characterize native fungal root endophytes from tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) and to analyze their effects on plant development, plant resistance and fruit yield and quality together with the model endophyte Piriformospora indica. Fifty one new fungal strains were isolated from desinfected tomato roots of four different crop sites in Colombia. These isolates were roughly characterized and fourteen potential endophytes were further analyzed concerning their taxonomy, their root colonization capacity and their impact on plant growth. Sequencing of the ITS region from the ribosomal RNA gene cluster and in-depth morphological characterisation revealed that they correspond to different phylogenetic groups among the phylum Ascomycota. Nine different morphotypes were described including six dark septate endophytes (DSE) that did not correspond to the Phialocephala group. Detailed confocal microscopy analysis showed various colonization patterns of the endophytes inside the roots ranging from epidermal penetration to hyphal growth through the cortex. Tomato pot experiments under glass house conditions showed that they differentially affect plant growth depending on colonization time and inoculum concentration. Three new isolates (two unknown fungal endophyte DSE48, DSE49 and one identified as Leptodontidium orchidicola) with neutral or positiv effects were selected and tested in several experiments for their influence on vegetative growth, fruit yield and quality and their ability to diminish the impact of the pathogen Verticillium dahliae on tomato plants. Although plant growth promotion by all three fungi was observed in young plants, vegetative growth parameters were not affected after 22 weeks of cultivation except a reproducible increase of root diameter by the endophyte DSE49. Additionally, L. orchidicola increased biomass and glucose content of tomato fruits, but only at an early date of harvest and at a certain level of root colonization. Concerning bioprotective effects, the endophytes DSE49 and L. orchidicola decreased significantly disease symptoms caused by the pathogen V. dahliae, but only at a low dosis of the pathogen. In order to analyze, if the model root endophytic fungus Piriformospora indica could be suitable for application in production systems, its impact on tomato was evaluated. Similarly to the new fungal isolates, significant differences for vegetative growth parameters were only observable in young plants and, but protection against V. dahliae could be seen in one experiment also at high dosage of the pathogen. As the DSE L. orchidicola, P. indica increased the number and biomass of marketable tomatoes only at the beginning of fruit setting, but this did not lead to a significant higher total yield. If the effects on growth are due to a better nutrition of the plant with mineral element was analyzed in barley in comparison to the arbuscular mycorrhizal fungus Glomus mosseae. While the mycorrhizal fungus increased nitrogen and phosphate uptake of the plant, no such effect was observed for P. indica. In summary this work shows that many different fungal endophytes can be also isolated from roots of crops and, that these isolates can have positive effects on early plant development. This does, however, not lead to an increase in total yield or in improvement of fruit quality of tomatoes under greenhouse conditions. N2 - Endophyten, die nicht zu den Mykorrhizapilzen gehören, können das Innere von Wurzeln ohne sichtbare Krankheitssymptome besiedeln und bilden so mit der Pflanze neutrale oder mutualistische Wechselwirkungen. Diese Pilze, auch als nicht-clavicipetale Endophyten bekannt, haben ein breites Wirtsspektrum von mono- und dikotyledonen Pflanzen und weisen eine hohe Diversität auf. Einige von ihnen fördern Pflanzenwachstum und erhöhen Resistenz und Toleranz gegenüber biotischem und abiotischem Stress. Ausgehenden von diesen möglichen Effekten auf ihre Wirtspflanzen war das Ziel der vorliegenden Arbeit die Isolierung und Charakterisierung neuer pilzlicher Wurzelendophyten der Tomate (Lycopersicon esculentum Mill.) und die Analyse ihres Einflusses auf Pflanzenentwicklung und Pflanzenresistenz, sowie auf Ertrag und Fruchtqualität unter Einbeziehung des Modellendophyten Piriformospora indica. Aus vier verschiedenen Anbaugebieten in Kolumbien konnten 51 neue Pilzstämme von oberflächensterilisierten Tomatenwurzeln isoliert werden. Diese Isolate wurden vorcharakterisiert und 14 potentielle Endophyten bezüglich ihrer Taxonomie, ihrer Besiedlungsmuster und ihres Einfluss auf das Pflanzenwachstum näher untersucht. Sequenzierung der ITS Region des ribosomalen RNA Genclusters und genaue morphologische Charakterisierung zeigten, dass sie zu verschiedenen phylogenetischen Gruppen innerhalb der Ascomycota gehören. Neun Morphotypen ließen sich beschreiben, wobei sechs zu den ‚Dark Septate Endophytes’ (DSEs) gehören, aber nicht mit der bekannten Phialocephala Gruppe verwandt waren. Ausführliche konfokale mikroskopische Untersuchungen ergaben sehr verschiedene Besiedelungsmuster der Wurzelendophyten vom Endringen in die Epidermis bis zum Hyphenwachstum durch den Kortex. Topfexperimente unter Gewächshausbedingungen zeigten dass die Isolate in Abhängigkeit von der Inokulumkonzentration und der Zeit der Besiedlung das Wachstum der Tomaten sehr unterschiedlich beeinflussten. Drei neue Isolate (die beiden unbekannte pilzlichen Endophyten DSE48 und DSE49 und eines identifiziert als Leptodontidium orchidicola) mit neutralen oder positiven Effekten wurden für weitere Versuche ausgewählt. In mehreren Experimenten sollte ihr Einfluss auf das vegetative Wachstum, auf Ertrag und auf Fruchtqualität untersucht werden, sowie ihre Fähigkeit die Auswirkungen des Pathogens Verticillium dahliae auf Tomatenpflanzen zu vermindern. Obwohl wachstumsfördernde Effekte durch alle drei Pilze in jungen Pflanzen beobachtet wurden, waren vegetative Wachstumsparameter nach 22 Wochen der Besiedlung nicht mehr beeinflusst bis auf ein signifikante Erhöhung des Wurzeldurchmessers durch den Endophyten DSE49. L. orchidicola dagegen erhöhte die Biomasse und den Glukosegehalt der Früchte, aber nur zu frühen Ernteterminen und bei einer bestimmten Intensität der Wurzelbesiedelung. Hinsichtlich eines schützenden Effekts, konnten die Endophyten DSE49 und L. orchidicola die Krankheitssymptome, die durch V. dahliae verursacht wurden, vermindern, aber nur bei einem geringen Pathogendruck. Um zu überprüfen, ob der Modellendophyt P. indica in Produktionssytemen eingesetzt werden kann, wurde seine Auswirkungen auf Tomaten untersucht. Ähnlich wie die neuen pilzlichen Isolate, zeigte aber auch er seinen fördernden Einfluss nur auf das frühe vegetative Wachstum. Schützende Effekte gegen V. dahliae konnten ebenfalls nur bei niedrigem Pathogendruck konstant beobachtet werden. Wie L. orchidicola erhöhte P. indica die Biomasse an marktfähigen Tomaten am Anfang des Fruchtansatzes, was nicht zu einem insgesamt höheren Ertrag führte. Ob die beobachteten Effekte auf ein verbesserte Nährstoffversorgung der Pflanze zurückzuführen seien, wurde in Gerste im Vergleich mit dem arbuskulären Mykorrhizapilz Glomus mosseae untersucht. Während der Mykorrhizapilz sowohl Phosphat wie Stickstoffaufnehme der Pflanze erhöhte, konnte dies für P. indica nicht festgestellt werden. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass auch aus Wurzeln von Kulturpflanzen viele verschiedene pilzliche Endophyten isoliert werden können, und dass einige von diesen durchaus einen positiven Effekt auf die frühe Pflanzenentwicklung aufweisen. Zumindest für Tomate unter Gewächshausbedingungen führen diese Effekte aber nicht zu einer Erhöhung des Gesamtertrags oder einer nachhaltigen Verbesserung der Fruchtqualität. KW - Pilz-Endophyten KW - Ascomycota KW - Wurzelbesiedlung KW - Tomaten (Solanum lycopersicum) KW - Pflanze-Pilz-Interaktionen KW - Fungal endophyte KW - Ascomycota KW - root colonization KW - tomato (Solanum lycopersicum) KW - plant-fungal interactions Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-51375 ER - TY - JOUR A1 - Andorf, Sandra A1 - Meyer, Rhonda C. A1 - Selbig, Joachim A1 - Altmann, Thomas A1 - Repsilber, Dirk T1 - Integration of a systems biological network analysis and QTL results for biomass heterosis in arabidopsis thaliana JF - PLoS one N2 - To contribute to a further insight into heterosis we applied an integrative analysis to a systems biological network approach and a quantitative genetics analysis towards biomass heterosis in early Arabidopsis thaliana development. The study was performed on the parental accessions C24 and Col-0 and the reciprocal crosses. In an over-representation analysis it was tested if the overlap between the resulting gene lists of the two approaches is significantly larger than expected by chance. Top ranked genes in the results list of the systems biological analysis were significantly over-represented in the heterotic QTL candidate regions for either hybrid as well as regarding mid-parent and best-parent heterosis. This suggests that not only a few but rather several genes that influence biomass heterosis are located within each heterotic QTL region. Furthermore, the overlapping resulting genes of the two integrated approaches were particularly enriched in biomass related pathways. A chromosome-wise over-representation analysis gave rise to the hypothesis that chromosomes number 2 and 4 probably carry a majority of the genes involved in biomass heterosis in the early development of Arabidopsis thaliana. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1371/journal.pone.0049951 SN - 1932-6203 VL - 7 IS - 11 PB - PLoS CY - San Fransisco ER - TY - THES A1 - Andorf, Sandra T1 - A systems biological approach towards the molecular basis of heterosis in Arabidopsis thaliana T1 - Ein systembiologischer Ansatz für das Verständnis der molekularen Grundlagen von Heterosis in Arabidopsis thaliana N2 - Heterosis is defined as the superiority in performance of heterozygous genotypes compared to their corresponding genetically different homozygous parents. This phenomenon is already known since the beginning of the last century and it has been widely used in plant breeding, but the underlying genetic and molecular mechanisms are not well understood. In this work, a systems biological approach based on molecular network structures is proposed to contribute to the understanding of heterosis. Hybrids are likely to contain additional regulatory possibilities compared to their homozygous parents and, therefore, they may be able to correctly respond to a higher number of environmental challenges, which leads to a higher adaptability and, thus, the heterosis phenomenon. In the network hypothesis for heterosis, presented in this work, more regulatory interactions are expected in the molecular networks of the hybrids compared to the homozygous parents. Partial correlations were used to assess this difference in the global interaction structure of regulatory networks between the hybrids and the homozygous genotypes. This network hypothesis for heterosis was tested on metabolite profiles as well as gene expression data of the two parental Arabidopsis thaliana accessions C24 and Col-0 and their reciprocal crosses. These plants are known to show a heterosis effect in their biomass phenotype. The hypothesis was confirmed for mid-parent and best-parent heterosis for either hybrid of our experimental metabolite as well as gene expression data. It was shown that this result is influenced by the used cutoffs during the analyses. Too strict filtering resulted in sets of metabolites and genes for which the network hypothesis for heterosis does not hold true for either hybrid regarding mid-parent as well as best-parent heterosis. In an over-representation analysis, the genes that show the largest heterosis effects according to our network hypothesis were compared to genes of heterotic quantitative trait loci (QTL) regions. Separately for either hybrid regarding mid-parent as well as best-parent heterosis, a significantly larger overlap between the resulting gene lists of the two different approaches towards biomass heterosis was detected than expected by chance. This suggests that each heterotic QTL region contains many genes influencing biomass heterosis in the early development of Arabidopsis thaliana. Furthermore, this integrative analysis led to a confinement and an increased confidence in the group of candidate genes for biomass heterosis in Arabidopsis thaliana identified by both approaches. N2 - Als Heterosis-Effekt wird die Überlegenheit in einem oder mehreren Leistungsmerkmalen (z.B. Blattgröße von Pflanzen) von heterozygoten (mischerbigen) Nachkommen über deren unterschiedlich homozygoten (reinerbigen) Eltern bezeichnet. Dieses Phänomen ist schon seit Beginn des letzten Jahrhunderts bekannt und wird weit verbreitet in der Pflanzenzucht genutzt. Trotzdem sind die genetischen und molekularen Grundlagen von Heterosis noch weitestgehend unbekannt. Es wird angenommen, dass heterozygote Individuen mehr regulatorische Möglichkeiten aufweisen als ihre homozygoten Eltern und sie somit auf eine größere Anzahl an wechselnden Umweltbedingungen richtig reagieren können. Diese erhöhte Anpassungsfähigkeit führt zum Heterosis-Effekt. In dieser Arbeit wird ein systembiologischer Ansatz, basierend auf molekularen Netzwerkstrukturen verfolgt, um zu einem besseren Verständnis von Heterosis beizutragen. Dazu wird eine Netzwerkhypothese für Heterosis vorgestellt, die vorhersagt, dass die heterozygoten Individuen, die Heterosis zeigen, mehr regulatorische Interaktionen in ihren molekularen Netzwerken aufweisen als die homozygoten Eltern. Partielle Korrelationen wurden verwendet, um diesen Unterschied in den globalen Interaktionsstrukturen zwischen den Heterozygoten und ihren homozygoten Eltern zu untersuchen. Die Netzwerkhypothese wurde anhand von Metabolit- und Genexpressionsdaten der beiden homozygoten Arabidopsis thaliana Pflanzenlinien C24 und Col-0 und deren wechselseitigen Kreuzungen getestet. Arabidopsis thaliana Pflanzen sind bekannt dafür, dass sie einen Heterosis-Effekt im Bezug auf ihre Biomasse zeigen. Die heterozygoten Pflanzen weisen bei gleichem Alter eine höhere Biomasse auf als die homozygoten Pflanzen. Die Netzwerkhypothese für Heterosis konnte sowohl im Bezug auf mid-parent Heterosis (Unterschied in der Leistung des Heterozygoten im Vergleich zum Mittelwert der Eltern) als auch auf best-parent Heterosis (Unterschied in der Leistung des Heterozygoten im Vergleich zum Besseren der Eltern) für beide Kreuzungen für die Metabolit- und Genexpressionsdaten bestätigt werden. In einer Überrepräsentations-Analyse wurden die Gene, für die die größte Veränderung in der Anzahl der regulatorischen Interaktionen, an denen sie vermutlich beteiligt sind, festgestellt wurde, mit den Genen aus einer quantitativ genetischen (QTL) Analyse von Biomasse-Heterosis in Arabidopsis thaliana verglichen. Die ermittelten Gene aus beiden Studien zeigen eine größere Überschneidung als durch Zufall erwartet. Das deutet darauf hin, dass jede identifizierte QTL-Region viele Gene, die den Biomasse-Heterosis-Effekt in Arabidopsis thaliana beeinflussen, enthält. Die Gene, die in den Ergebnislisten beider Analyseverfahren überlappen, können mit größerer Zuversicht als Kandidatengene für Biomasse-Heterosis in Arabidopsis thaliana betrachtet werden als die Ergebnisse von nur einer Studie. KW - Systembiologie KW - Heterosis KW - Molekulare Profildaten KW - Integrative Analyse KW - Systems biology KW - Heterosis KW - Molecular profile data KW - Integrative analysis Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-51173 ER - TY - JOUR A1 - Andersson, Matilda L. A1 - Scharnweber, Inga Kristin A1 - Eklöv, Peter T1 - The interaction between metabolic rate, habitat choice, and resource use in a polymorphic freshwater species JF - Ecology and evolution N2 - Resource polymorphism is common across taxa and can result in alternate ecotypes with specific morphologies, feeding modes, and behaviors that increase performance in a specific habitat. This can result in high intraspecific variation in the expression of specific traits and the extent to which these traits are correlated within a single population. Although metabolic rate influences resource acquisition and the overall pace of life of individuals it is not clear how metabolic rate interacts with the larger suite of traits to ultimately determine individual fitness. We examined the relationship between metabolic rates and the major differences (habitat use, morphology, and resource use) between littoral and pelagic ecotypes of European perch (Perca fluviatilis) from a single lake in Central Sweden. Standard metabolic rate (SMR) was significantly higher in pelagic perch but did not correlate with resource use or morphology. Maximum metabolic rate (MMR) was not correlated with any of our explanatory variables or with SMR. Aerobic scope (AS) showed the same pattern as SMR, differing across habitats, but contrary to expectations, was lower in pelagic perch. This study helps to establish a framework for future experiments further exploring the drivers of intraspecific differences in metabolism. In addition, since metabolic rates scale with temperature and determine predator energy requirements, our observed differences in SMR across habitats will help determine ecotype-specific vulnerabilities to climate change and differences in top-down predation pressure across habitats. KW - intraspecific variation KW - metabolic rate KW - morphometrics KW - Perca KW - fluviatilis KW - plasticity KW - resource use KW - respirometry KW - stable isotopes Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1002/ece3.9129 SN - 2045-7758 VL - 12 IS - 8 PB - Wiley CY - Hoboken ER - TY - JOUR A1 - Anders, Kenneth A1 - Prochnow, Annette A1 - Schlauderer, Ralf A1 - Wiegleb, Gerhard T1 - Die Szenario-Methode als Instrument der Naturschutzplanung im Offenland Y1 - 2004 SN - 3-540-22449-1 ER - TY - JOUR A1 - Anders, Kenneth A1 - Prochnow, Annette A1 - Fürstenau, Stefan A1 - Segert, Astrid A1 - Zierke, Irene T1 - Offenlandmanagement durch kontrolliertes Brennen : ein Beitrag aus sozioökonomischer Perspektive Y1 - 2003 ER - TY - JOUR A1 - Anders, Kenneth A1 - Mrzljak, Jadranka A1 - Wallschläger, Hans-Dieter A1 - Wiegleb, Gerhard T1 - Handbuch Offenlandmanagement am Beispiel ehemaliger und in Nutzung befindlicher Truppenübungsplätze Y1 - 2004 SN - 3-540-22449-1 PB - Springer CY - Berlin ER -