TY - GEN A1 - Radchuk, Viktoriia A1 - Kramer-Schadt, Stephanie A1 - Grimm, Volker T1 - Transferability of mechanistic ecological models is about emergence T2 - Trends in ecology and evolution Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1016/j.tree.2019.01.010 SN - 0169-5347 SN - 1872-8383 VL - 34 IS - 6 SP - 487 EP - 488 PB - Elsevier CY - London ER - TY - JOUR A1 - Kirchler, Matthias A1 - Konigorski, Stefan A1 - Norden, Matthias A1 - Meltendorf, Christian A1 - Kloft, Marius A1 - Schurmann, Claudia A1 - Lippert, Christoph T1 - transferGWAS BT - GWAS of images using deep transfer learning JF - Bioinformatics N2 - Motivation: Medical images can provide rich information about diseases and their biology. However, investigating their association with genetic variation requires non-standard methods. We propose transferGWAS, a novel approach to perform genome-wide association studies directly on full medical images. First, we learn semantically meaningful representations of the images based on a transfer learning task, during which a deep neural network is trained on independent but similar data. Then, we perform genetic association tests with these representations. Results: We validate the type I error rates and power of transferGWAS in simulation studies of synthetic images. Then we apply transferGWAS in a genome-wide association study of retinal fundus images from the UK Biobank. This first-of-a-kind GWAS of full imaging data yielded 60 genomic regions associated with retinal fundus images, of which 7 are novel candidate loci for eye-related traits and diseases. Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btac369 SN - 1367-4803 SN - 1460-2059 VL - 38 IS - 14 SP - 3621 EP - 3628 PB - Oxford Univ. Press CY - Oxford ER - TY - JOUR A1 - Rojas-Jimenez, Keilor A1 - Fonvielle, Jeremy Andre A1 - Ma, Hua A1 - Grossart, Hans-Peter T1 - Transformation of humic substances by the freshwater Ascomycete Cladosporium sp. JF - Waterbird N2 - The ecological relevance of fungi in freshwater ecosystems is becoming increasingly evident, particularly in processing the extensive amounts of polymeric organic carbon such as cellulose, chitin, and humic substances (HS). We isolated several fungal strains from oligo-mesotrophic Lake Stechlin, Brandenburg, Germany, and analyzed their ability to degrade polymeric-like substrates. Using liquid chromatography-organic carbon detection, we determined the byproducts of HS transformation by the freshwater fungus Cladosporium sp. KR14. We demonstrate the ability of this fungus to degrade and simultaneously synthesize HS, and that transformation processes were intensified when iron, as indicator of the occurrence of Fenton reactions, was present in the medium. Furthermore, we showed that structural complexity of the HS produced changed with the availability of other polymeric substances in the medium. Our study highlights the contribution of freshwater Ascomycetes to the transformation of complex organic compounds. As such, it has important implications for understanding the ecological contribution of fungi to aquatic food webs and related biogeochemical cycles. Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.1002/lno.10545 SN - 1524-4695 SN - 1938-5390 VL - 40 SP - 282 EP - 288 PB - Waterbird SOC CY - Washington ER - TY - JOUR A1 - Zheng, Chunming A1 - Toenjes, Ralf A1 - Pikovskij, Arkadij T1 - Transition to synchrony in a three-dimensional swarming model with helical trajectories JF - Physical review : E, Statistical, nonlinear and soft matter physics N2 - We investigate the transition from incoherence to global collective motion in a three-dimensional swarming model of agents with helical trajectories, subject to noise and global coupling. Without noise this model was recently proposed as a generalization of the Kuramoto model and it was found that alignment of the velocities occurs discontinuously for arbitrarily small attractive coupling. Adding noise to the system resolves this singular limit and leads to a continuous transition, either to a directed collective motion or to center-of-mass rotations. Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1103/PhysRevE.104.014216 SN - 2470-0045 SN - 2470-0053 VL - 104 IS - 1 PB - American Physical Society CY - College Park ER - TY - JOUR A1 - Kernecker, Maria A1 - Fienitz, Meike A1 - Nendel, Claas A1 - Paetzig, Marlene A1 - Walzl, Karin Pirhofer A1 - Raatz, Larissa A1 - Schmidt, Martin A1 - Wulf, Monika A1 - Zscheischler, Jana T1 - Transition zones across agricultural field boundaries for integrated landscape research and management of biodiversity and yields JF - Ecological solutions and evidence N2 - Biodiversity conservation and agricultural production have been largely framed as separate goals for landscapes in the discourse on land use. Although there is an increasing tendency to move away from this dichotomy in theory, the tendency is perpetuated by the spatially explicit approaches used in research and management practice. Transition zones (TZ) have previously been defined as areas where two adjacent fields or patches interact, and so they occur abundantly throughout agricultural landscapes. Biodiversity patterns in TZ have been extensively studied, but their relationship to yield patterns and social-ecological dimensions has been largely neglected. Focusing on European, temperate agricultural landscapes, we outline three areas of research and management that together demonstrate how TZ might be used to facilitate an integrated landscape approach: (i) plant and animal species' use and response to boundaries and the resulting effects on yield, for a deeper understanding of how landscape structure shapes quantity and quality of TZ; (ii) local knowledge on field or patch-level management and its interactions with biodiversity and yield in TZ, and (iii) conflict prevention and collaborative management across land-use boundaries. KW - ecotones KW - field boundaries KW - functional traits KW - landscape complexity; KW - land-use conflicts KW - local knowledge KW - spillovers Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1002/2688-8319.12122 SN - 2688-8319 VL - 3 IS - 1 PB - Wiley CY - Hoboken ER - TY - JOUR A1 - Schulze-Makuch, Dirk A1 - Wagner, Dirk A1 - Kounaves, Samuel P. A1 - Mangelsdorf, Kai A1 - Devine, Kevin G. A1 - de Vera, Jean-Pierre A1 - Schmitt-Kopplin, Philippe A1 - Grossart, Hans-Peter A1 - Parro, Victor A1 - Kaupenjohann, Martin A1 - Galy, Albert A1 - Schneider, Beate A1 - Airo, Alessandro A1 - Froesler, Jan A1 - Davila, Alfonso F. A1 - Arens, Felix L. A1 - Caceres, Luis A1 - Cornejo, Francisco Solis A1 - Carrizo, Daniel A1 - Dartnell, Lewis A1 - DiRuggiero, Jocelyne A1 - Flury, Markus A1 - Ganzert, Lars A1 - Gessner, Mark O. A1 - Grathwohl, Peter A1 - Guan, Lisa A1 - Heinz, Jacob A1 - Hess, Matthias A1 - Keppler, Frank A1 - Maus, Deborah A1 - McKay, Christopher P. A1 - Meckenstock, Rainer U. A1 - Montgomery, Wren A1 - Oberlin, Elizabeth A. A1 - Probst, Alexander J. A1 - Saenz, Johan S. A1 - Sattler, Tobias A1 - Schirmack, Janosch A1 - Sephton, Mark A. A1 - Schloter, Michael A1 - Uhl, Jenny A1 - Valenzuela, Bernardita A1 - Vestergaard, Gisle A1 - Woermer, Lars A1 - Zamorano, Pedro T1 - Transitory microbial habitat in the hyperarid Atacama Desert JF - Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America KW - habitat KW - aridity KW - microbial activity KW - biomarker KW - Mars Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1073/pnas.1714341115 SN - 0027-8424 VL - 115 IS - 11 SP - 2670 EP - 2675 PB - National Acad. of Sciences CY - Washington ER - TY - THES A1 - Steffen, Jenny T1 - Transkription von Markergenen an immbolisierten Nukleinsäuren T1 - Transcription of reportegenes with immobilized nucleic acids N2 - Die Etablierung der Transkription von kompletten Genen auf planaren Oberflächen soll eine Verbindung zwischen der Mikroarraytechnologie und der Transkriptomforschung herstellen. Darüber hinaus kann mit diesem Verfahren ein Brückenschlag zwischen der Synthese der Gene und ihrer kodierenden Proteine auf einer Oberfläche erfolgen. Alle transkribierten RNAs wurden mittels RT-PCR in cDNA umgeschrieben und in einer genspezifischen PCR amplifiziert. Die PCR-Produkte wurden hierfür entweder per Hand oder maschinell auf die Oberfläche transferiert. Über eine Oberflächen-PCR war es möglich, die Gensequenz des Reportergens EGFP direkt auf der Oberfläche zu synthetisieren und anschließend zu transkribieren. Somit war eine Transkription mit weniger als 1 ng an Matrize möglich. Der Vorteil einer Oberflächen-Transkription gegenüber der in Lösung liegt in der mehrfachen Verwendung der immobilisierten Matrize, wie sie in dieser Arbeit dreimal erfolgreich absolviert wurde. Die Oberflächen-Translation des EGFP-Gens konnte ebenfalls zweimal an einer immobilisierten Matrize gezeigt werden, wobei Zweifel über eine echte Festphasen-Translation nicht ausgeräumt werden konnten. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Transkription und Translation von immobilisierten Gensequenzen auf planaren Oberflächen möglich ist, wofür die linearen Matrizen direkt auf der Oberfläche synthetisiert werden können. N2 - In vitro mRNA synthesis and in vitro translation are of great interest for biochemical and molecular biological basic research, and also for biotechnology and other applications. Solid phase coupled synthesis is very useful for the development of high throughput procedures to elucidate and manipulate gene products. An artificial gene was constructed combining the T7 promoter and terminator with the EGFP-gene from the plasmid pEGFP. The functionality of the construct was shown by in vitro translation. The gene-construct was immobilised on a planar glass surface. The transcription was performed on the immobilised gene and mRNA was determined by RT-PCR. These results demonstrate that the complete gene is transcribed from the covalently coupled PCR product. Thus, it is possible to transfer a standard transcription technique onto an On-chip reaction. The direct PCR amplification of transcriptionable sequences of EGFP bound on surfaces was successfully used for solid phase transcription. Successful transcriptions were also performed at least to 1 ng of used template. The RNA synthesis was also successful in the second and third reaction on the same slide as observed by signals after RT-PCR. It seems to be possible to transfer the translation of reportergenes in a solid phase coupled synthesis, too. For further integration of cellular procedures on a chip, the cell-free RNA synthesis on immobilised templates is an crucial technical hurdle to conquer. Major advantages of using immobilised templates for transcription are, low risk of contamination occuring in solution, and no necessity of further purification steps for downstream applications of the RNA product. KW - Immobilisierung KW - Transkription KW - Translation KW - Bakteriophage T7 KW - Lab on chip KW - EGFP KW - Stammschleife KW - Lab on chip KW - transcription KW - translation KW - EGFP KW - stem loop KW - immobilization KW - T7 Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-10282 ER - TY - THES A1 - Hammer, Paul T1 - Transkriptomweite Untersuchungen von Prostata-Krebszelllinien im Kontext medizinischer Strahlentherapie T1 - Transcriptome-wide studies of prostate cancer cell lines in the context of medical radiation N2 - Die Strahlentherapie ist neben der Chemotherapie und einer operativen Entfernung die stärkste Waffe für die Bekämpfung bösartiger Tumore in der Krebsmedizin. Nach Herz-Kreislauf-Erkrankungen ist Krebs die zweithäufigste Todesursache in der westlichen Welt, wobei Prostatakrebs heutzutage die häufigste, männliche Krebserkrankung darstellt. Trotz technologischer Fortschritte der radiologischen Verfahren kann es noch viele Jahre nach einer Radiotherapie zu einem Rezidiv kommen, was zum Teil auf die hohe Resistenzfähigkeit einzelner, entarteter Zellen des lokal vorkommenden Tumors zurückgeführt werden kann. Obwohl die moderne Strahlenbiologie viele Aspekte der Resistenzmechanismen näher beleuchtet hat, bleiben Fragestellungen, speziell über das zeitliche Ansprechen eines Tumors auf ionisierende Strahlung, größtenteils unbeantwortet, da systemweite Untersuchungen nur begrenzt vorliegen. Als Zellmodelle wurden vier Prostata-Krebszelllinien (PC3, DuCaP, DU-145, RWPE-1) mit unterschiedlichen Strahlungsempfindlichkeiten kultiviert und auf ihre Überlebensfähigkeit nach ionisierender Bestrahlung durch einen Trypanblau- und MTT-Vitalitätstest geprüft. Die proliferative Kapazität wurde mit einem Koloniebildungstest bestimmt. Die PC3 Zelllinie, als Strahlungsresistente, und die DuCaP Zelllinie, als Strahlungssensitive, zeigten dabei die größten Differenzen bezüglich der Strahlungsempfindlichkeit. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wurden die beiden Zelllinien ausgewählt, um anhand ihrer transkriptomweiten Genexpressionen, eine Identifizierung potentieller Marker für die Prognose der Effizienz einer Strahlentherapie zu ermöglichen. Weiterhin wurde mit der PC3 Zelllinie ein Zeitreihenexperiment durchgeführt, wobei zu 8 verschiedenen Zeitpunkten nach Bestrahlung mit 1 Gy die mRNA mittels einer Hochdurchsatz-Sequenzierung quantifiziert wurde, um das dynamisch zeitversetzte Genexpressionsverhalten auf Resistenzmechanismen untersuchen zu können. Durch das Setzen eines Fold Change Grenzwertes in Verbindung mit einem P-Wert < 0,01 konnten aus 10.966 aktiven Genen 730 signifikant differentiell exprimierte Gene bestimmt werden, von denen 305 stärker in der PC3 und 425 stärker in der DuCaP Zelllinie exprimiert werden. Innerhalb dieser 730 Gene sind viele stressassoziierte Gene wiederzufinden, wie bspw. die beiden Transmembranproteingene CA9 und CA12. Durch Berechnung eines Netzwerk-Scores konnten aus den GO- und KEGG-Datenbanken interessante Kategorien und Netzwerke abgeleitet werden, wobei insbesondere die GO-Kategorien Aldehyd-Dehydrogenase [NAD(P)+] Aktivität (GO:0004030) und der KEGG-Stoffwechselweg der O-Glykan Biosynthese (hsa00512) als relevante Netzwerke auffällig wurden. Durch eine weitere Interaktionsanalyse konnten zwei vielversprechende Netzwerke mit den Transkriptionsfaktoren JUN und FOS als zentrale Elemente identifiziert werden. Zum besseren Verständnis des dynamisch zeitversetzten Ansprechens der strahlungsresistenten PC3 Zelllinie auf ionisierende Strahlung, konnten anhand der 10.840 exprimierten Gene und ihrer Expressionsprofile über 8 Zeitpunkte interessante Einblicke erzielt werden. Während es innerhalb von 30 min (00:00 - 00:30) nach Bestrahlung zu einer schnellen Runterregulierung der globalen Genexpression kommt, folgen in den drei darauffolgenden Zeitabschnitten (00:30 - 01:03; 01:03 - 02:12; 02:12 - 04:38) spezifische Expressionserhöhungen, die eine Aktivierung schützender Netzwerke, wie die Hochregulierung der DNA-Reparatursysteme oder die Arretierung des Zellzyklus, auslösen. In den abschließenden drei Zeitbereichen (04:38 - 09:43; 09:43 - 20:25; 20:25 - 42:35) liegt wiederum eine Ausgewogenheit zwischen Induzierung und Supprimierung vor, wobei die absoluten Genexpressionsveränderungen ansteigen. Beim Vergleich der Genexpressionen kurz vor der Bestrahlung mit dem letzten Zeitpunkt (00:00 - 42:53) liegen mit 2.670 die meisten verändert exprimierten Gene vor, was einer massiven, systemweiten Genexpressionsänderung entspricht. Signalwege wie die ATM-Regulierung des Zellzyklus und der Apoptose, des NRF2-Signalwegs nach oxidativer Stresseinwirkung und die DNA-Reparaturmechanismen der homologen Rekombination, des nicht-homologen End Joinings, der MisMatch-, der Basen-Exzision- und der Strang-Exzision-Reparatur spielen bei der zellulären Antwort eine tragende Rolle. Äußerst interessant sind weiterhin die hohen Aktivitäten RNA-gesteuerter Ereignisse, insbesondere von small nucleolar RNAs und Pseudouridin-Prozessen. Demnach scheinen diese RNA-modifizierenden Netzwerke einen bisher unbekannten funktionalen und schützenden Einfluss auf das Zellüberleben nach ionisierender Bestrahlung zu haben. All diese schützenden Netzwerke mit ihren zeitspezifischen Interaktionen sind essentiell für das Zellüberleben nach Einwirkung von oxidativem Stress und zeigen ein komplexes aber im Einklang befindliches Zusammenspiel vieler Einzelkomponenten zu einem systemweit ablaufenden Programm. N2 - The use of radiotherapy in addition to chemotherapy and surgical removal is the most powerful instrument in the fight against malignant tumors in cancer medicine. After cardiovascular diseases, cancer is the second leading cause of death in the western world, in which prostate cancer is the most frequent male cancer. Despite continuous technological improvements in radiological instruments and prognosis, it may occur a recurrence up to many years after radiotherapy due to a high resistance capability of individual malignant cells of the locally occurring tumor. Although modern radiation biology has studied many aspects of the resistance mechanisms, questions are largely unanswered especially in regards to prognostic terms and time response of tumor cells to ionizing radiation. As cellular models four prostate cancer cell lines with different radiation sensitivities (PC3, DuCaP, DU-145, RWPE-1) were cultured and tested for their ability to survive after exposure to ionizing radiation by a trypane blue and MTT viability assay. The proliferative capacity of the four cell lines was determined using a colony formation assay. The PC3 cell line (radiation-resistant) and the DuCaP cell line (radiation-sensitive) showed the maximal differences in terms of radiation sensitivity. Based on these results the two cell lines were selected to allow identification of potential prognostic marker for predicting the effectiveness of radiation therapy via their transcriptome-wide gene expression. Furthermore, a time series experiment with the radiation-resistant PC3 cell line was performed. At 8 different time points, during the period from 00:00 - 42:53 (hh:mm) after exposure with 1 Gy, the mRNA was quantified by next generation sequencing to investigate the dynamic behavior of time-delayed gene expression and to discover resistance mechanisms. Of 10,966 expressed genes 730 were significant differentially expressed, determined by setting a fold change threshold in conjunction with a P-value < 0.01. Of those 305 were more strongly expressed in PC3 cell line and 425 were more strongly expressed in the DuCaP cell line. Within these 730 genes many known stress-associated genes could be found, such as the two trans-membrane protein genes CA9 and CA12, which are associated with increased radiation resistance. By calculating a network score interesting networks were derived by the GO and KEGG databases. In particular the GO categories aldehyde dehydrogenase [NAD(P)+] activity (GO:0004030) as well as the KEGG pathway of O-glycan biosynthesis (hsa00512) seems to be remarkably relevant. An interaction analysis revealed two promising networks with the transcription factors JUN and FOS as central elements. High expression of the JUN network would be stand as indicator for radiation resistance whereas a high expression of the FOS network is equated with radiation sensitivity. Interesting insights could be achieved by analyzing the 10,840 expressed genes of the PC3 cell line and its expression profile over the 8 time points. Shortly after irradiation (00:00 - 00:30) a transcriptome-wide down-regulation occurred, within the next three, short time periods (00:30 - 01:03; 01:03 - 02:12; 02:12 - 04:38) a predominant increase of gene expression and the activation of protective networks followed, such as the up-regulation of DNA repair systems or the arresting of cell cycle. In the ensuing three time periods (4:38 - 09:43; 09:43 - 20:25; 20:25 - 42:35) a balance between gene induction and suppression was present and the absolute gene expression change was increased. When comparing the gene expression prior to irradiation with the last time point (00:00 - 42:53) 2,670 genes were differentially expressed, suggesting a massive and system-wide change of gene expression. Signaling pathways such as the ATM-regulated cell cycle and apoptosis, the Nrf2 pathway after oxidative stress exposure, the DNA repair mechanisms of homologous recombination, the non-homologous end joining, the mismatch repair, base-excision repair and strand-excision repair play a major role. Very interesting are the high activity of RNA-driven events, especially activities of small nucleolar RNAs and pseudouridine processes. This suggests that these RNA-modifying networks could have a hitherto unknown functional and protective effect on cell survival after exposure to ionizing radiation. All these protective networks and their time-specific interactions are essential for the survival of cells after exposure to oxidative stress and show a complex but consistent interaction of many individual components to a system-wide running program. KW - Strahlenbiologie KW - Sequenzierung KW - Resistenzmechanismen KW - Genexpression KW - Prostatakrebs KW - radiation biology KW - next generation sequencing KW - prostate cancer KW - resistance mechanisms KW - gene expression Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-63190 ER - TY - THES A1 - Vossenkuhl, Birgit T1 - Transmission of MRSA along the meat supply chain BT - A methodological concept from farm to fork N2 - Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) zählen zu den bedeutendsten antibiotikaresistenten Pathogenen, die vor allem in Krankenhäusern aber auch außerhalb von Einrichtungen des Gesundheitswesens weit verbreitet sind. Seit einigen Jahren ist eine neue Generation von MRSA auf dem Vormarsch, die vor allem Nutztierbestände als neue Nische besiedelt. Diese sogenannten Nutztier-assoziierten MRSA wurden wiederholt bei wirtschaftlich bedeutenden Nutztieren sowie daraus gewonnenem Fleisch nachgewiesen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein methodischer Ansatz verfolgt, um die Hypothese einer möglichen Übertragung von Nutztier-assoziierten MRSA entlang der Lebensmittelkette vom Tier auf dessen Fleisch zu bestätigen. Angepasst an die Unterschiede in den verfügbaren Daten wurden dafür zwei neue Konzepte erstellt. Zur Analyse der Übertragung von MRSA entlang der Schlachtkette wurde ein mathematisches Modell des Schweineschlachtprozesses entwickelt, welches dazu geeignet ist, den Verlauf der MRSA-Prävalenz entlang der Schlachtkette zu quantifizieren sowie kritische Prozessschritte für eine MRSA-Übertragung zu identifizieren. Anhand von Prävalenzdaten ist es dem Modell möglich, die durchschnittlichen MRSA-Eliminations- und Kontaminationsraten jedes einzelnen Prozessschrittes zu schätzen, die anschließend in eine Monte-Carlo-Simulation einfließen. Im Ergebnis konnte gezeigt werden, dass es generell möglich ist, die MRSA Prävalenz im Laufe des Schlachtprozesses auf ein niedriges finales Niveau zwischen 0,15 bis 1,15% zu reduzieren. Vor allem das Brühen und Abflämmen der Schlachtkörper wurden als kritische Prozesse im Hinblick auf eine MRSA-Dekontamination identifiziert. In Deutschland werden regelmäßig MRSA-Prävalenz und Typisierungsdaten auf allen Stufen der Lebensmittelkette verschiedener Nutztiere erfasst. Um die MRSA-Daten dieser Querschnittstudie hinsichtlich einer möglichen Übertragung entlang der Kette zu analysieren, wurde ein neuer statistischer Ansatz entwickelt. Hierfür wurde eine Chi-Quadrat-Statistik mit der Berechnung des Czekanowski-Ähnlichkeitsindex kombiniert, um Unterschiede in der Verteilung stammspezifischer Eigenschaften zwischen MRSA aus dem Stall, von Karkassen nach der Schlachtung und aus Fleisch im Einzelhandel zu quantifizieren. Die Methode wurde am Beispiel der Putenfleischkette implementiert und zudem bei der Analyse der Kalbfleischkette angewendet. Die durchgehend hohen Ähnlichkeitswerte zwischen den einzelnen Proben weisen auf eine mögliche Übertragung von MRSA entlang der Lebensmittelkette hin. Die erarbeiteten Methoden sind nicht spezifisch bezüglich Prozessketten und Pathogenen. Sie bieten somit einen großen Anwendungsbereich und erweitern das Methodenspektrum zur Bewertung bakterieller Übertragungswege. N2 - Methicillin resistant Staphylococcus aureus (MRSA) is one of the most important antibiotic-resistant pathogens in hospitals and the community. Recently, a new generation of MRSA, the so called livestock associated (LA) MRSA, has emerged occupying food producing animals as a new niche. LA-MRSA can be regularly isolated from economically important live-stock species including corresponding meats. The present thesis takes a methodological approach to confirm the hypothesis that LA-MRSA are transmitted along the pork, poultry and beef production chain from animals at farm to meat on consumers` table. Therefore two new concepts were developed, adapted to differing data sets. A mathematical model of the pig slaughter process was developed which simulates the change in MRSA carcass prevalence during slaughter with special emphasis on identifying critical process steps for MRSA transmission. Based on prevalences as sole input variables the model framework is able to estimate the average value range of both the MRSA elimination and contamination rate of each of the slaughter steps. These rates are then used to set up a Monte Carlo simulation of the slaughter process chain. The model concludes that regardless of the initial extent of MRSA contamination low outcome prevalences ranging between 0.15 and 1.15 % can be achieved among carcasses at the end of slaughter. Thus, the model demonstrates that the standard procedure of pig slaughtering in principle includes process steps with the capacity to limit MRSA cross contamination. Scalding and singeing were identified as critical process steps for a significant reduction of superficial MRSA contamination. In the course of the German national monitoring program for zoonotic agents MRSA prevalence and typing data are regularly collected covering the key steps of different food production chains. A new statistical approach has been proposed for analyzing this cross sectional set of MRSA data with regard to show potential farm to fork transmission. For this purpose, chi squared statistics was combined with the calculation of the Czekanowski similarity index to compare the distributions of strain specific characteristics between the samples from farm, carcasses after slaughter and meat at retail. The method was implemented on the turkey and veal production chains and the consistently high degrees of similarity which have been revealed between all sample pairs indicate MRSA transmission along the chain. As the proposed methods are not specific to process chains or pathogens they offer a broad field of application and extend the spectrum of methods for bacterial transmission assessment. KW - MRSA KW - Antibiotikaresistenz KW - Modell KW - Lebensmittelkette KW - Übertragung KW - MRSA KW - Resistance KW - Model KW - Food Chain KW - Transmission Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-85918 ER - TY - JOUR A1 - Xiong, Chan A1 - Stiboller, Michael A1 - Glabonjat, Ronald A. A1 - Rieger, Jaqueline A1 - Paton, Lhiam A1 - Francesconi, Kevin A. T1 - Transport of arsenolipids to the milk of a nursing mother after consuming salmon fish JF - Journal of trace elements in medicine and biology N2 - Objective: We address two questions relevant to infants' exposure to potentially toxic arsenolipids, namely, are the arsenolipids naturally present in fish transported intact to a mother's milk, and what is the efficiency of this transport. Methods: We investigated the transport of arsenolipids and other arsenic species present in fish to mother's milk by analyzing the milk of a single nursing mother at 15 sampling times over a 3-day period after she had consumed a meal of salmon. Total arsenic values were obtained by elemental mass spectrometry, and arsenic species were measured by HPLC coupled to both elemental and molecular mass spectrometry. Results: Total arsenic increased from background levels (0.1 mu g As kg(-1)) to a peak value of 1.72 lig As kg(-1) eight hours after the fish meal. The pattern for arsenolipids was similar to that of total arsenic, increasing from undetectable background levels (< 0.01 mu g As kg(-1)) to a peak after eight hours of 0.45 mu g As kg(-1). Most of the remaining total arsenic in the milk was accounted for by arsenobetaine. The major arsenolipids in the salmon were arsenic hydrocarbons (AsHCs; 55 % of total arsenolipids), and these compounds were also the dominant arsenolipids in the milk where they contributed over 90 % of the total arsenolipids. Conclusions: Our study has shown that ca 2-3 % of arsenic hydrocarbons, natural constituents of fish, can be directly transferred unchanged to the milk of a nursing mother. In view of the potential neurotoxicity of AsHCs, the effects of these compounds on the brain developmental stage of infants need to be investigated. KW - human milk KW - arsenolipids KW - salmon fish KW - HPLC/ICPMS KW - HPLC/HR-ESMS Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2020.126502 SN - 0946-672X VL - 61 PB - Elsevier CY - München ER - TY - THES A1 - Duensing, Nina T1 - Transport processes in the arbuscular mycorrhizal symbiosis T1 - Transportprozesse in der arbuskulären Mykorrhizasymbiose N2 - The nutrient exchange between plant and fungus is the key element of the arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis. The fungus improves the plant’s uptake of mineral nutrients, mainly phosphate, and water, while the plant provides the fungus with photosynthetically assimilated carbohydrates. Still, the knowledge about the mechanisms of the nutrient exchange between the symbiotic partners is very limited. Therefore, transport processes of both, the plant and the fungal partner, are investigated in this study. In order to enhance the understanding of the molecular basis underlying this tight interaction between the roots of Medicago truncatula and the AM fungus Rhizophagus irregularis, genes involved in transport processes of both symbiotic partners are analysed here. The AM-specific regulation and cell-specific expression of potential transporter genes of M. truncatula that were found to be specifically regulated in arbuscule-containing cells and in non-arbusculated cells of mycorrhizal roots was confirmed. A model for the carbon allocation in mycorrhizal roots is suggested, in which carbohydrates are mobilized in non-arbusculated cells and symplastically provided to the arbuscule-containing cells. New insights into the mechanisms of the carbohydrate allocation were gained by the analysis of hexose/H+ symporter MtHxt1 which is regulated in distinct cells of mycorrhizal roots. Metabolite profiling of leaves and roots of a knock-out mutant, hxt1, showed that it indeed does have an impact on the carbohydrate balance in the course of the symbiosis throughout the whole plant, and on the interaction with the fungal partner. The primary metabolite profile of M. truncatula was shown to be altered significantly in response to mycorrhizal colonization. Additionally, molecular mechanisms determining the progress of the interaction in the fungal partner of the AM symbiosis were investigated. The R. irregularis transcriptome in planta and in extraradical tissues gave new insight into genes that are differentially expressed in these two fungal tissues. Over 3200 fungal transcripts with a significantly altered expression level in laser capture microdissection-collected arbuscules compared to extraradical tissues were identified. Among them, six previously unknown specifically regulated potential transporter genes were found. These are likely to play a role in the nutrient exchange between plant and fungus. While the substrates of three potential MFS transporters are as yet unknown, two potential sugar transporters are might play a role in the carbohydrate flow towards the fungal partner. In summary, this study provides new insights into transport processes between plant and fungus in the course of the AM symbiosis, analysing M. truncatula on the transcript and metabolite level, and provides a dataset of the R. irregularis transcriptome in planta, providing a high amount of new information for future works. N2 - In der arbuskulären Mykorrhiza (AM) Symbiose werden die Wurzeln fast aller Landpflanzen von Pilzen der Abteilung Glomeromycota besiedelt. Der Pilz erleichtert der Pflanze die Aufnahme von Mineralien, hauptsächlich Phosphat, und Wasser. Im Gegenzug versorgt die Pflanze ihn mit Photoassimilaten. Trotz der zentralen Bedeutung der Austauschmechanismen zwischen Pilz und Pflanze ist nur wenig darüber bekannt. Um die molekularen Grundlagen der Interaktion zwischen den Wurzeln der Leguminose Medicago truncatula und dem arbuskulären Mykorrhizapilz Rhizophagus irregularis besser zu verstehen, werden hier die Transportprozesse, die zwischen den Symbiosepartnern ablaufen, näher untersucht. Die zellspezifische Regulation der Transkription potentieller M. truncatula Transporter Gene in arbuskelhaltigen und nicht-arbuskelhaltigen Zellen mykorrhizierter Wurzeln wird bestätigt. Ein Modell zur möglichen Verteilung von Kohlenhydraten in mykorrhizierten Wurzeln, nach dem Zucker in nicht-arbuskelhaltigen Zellen mobilisiert und symplastisch an arbuskelhaltige Zellen abgegeben werden, wird vorgestellt. Die Analyse eines Mykorrhiza-induzierten Hexose/H+ Symporter Gens, MtHxt1, liefert neue Einsichten in die Mechanismen der Kohlenhydratverteilung in mykorrhizierten Pflanzen. Metabolitanalysen von Wurzeln und Blättern einer knock-out Mutante dieses Gens zeigen dessen Einfluss auf den Kohlenhydrathaushalt der ganzen Pflanze und auf die Interaktion mit dem Pilz. Die Metabolitzusammensetzung von M. truncatula wird durch die Mykorrhiza Symbiose signifikant beeinflusst. Darüber hinaus werden durch Transkriptomanalysen die molekularen Grundlagen der AM Symbiose auf der Seite des Pilzes analysiert. Arbuskeln wurden mittels Laser Capture Mikrodissektion direkt aus mykorrhizierten Wurzeln isoliert. Über 3200 pilzliche Transkripte weisen in diesen Arbuskeln im Vergleich zu extraradikalen Geweben ein deutlich verändertes Expressionslevel auf. Unter diesen Transkripten sind auch sechs zuvor unbekannte Gene, die für potentielle Transporter codieren und mit großer Wahrscheinlichkeit eine Rolle im Nährstoffaustausch zwischen Pilz und Pflanze spielen. Während die Substrate von drei potentiellen MFS Transportern noch unbekannt sind, spielen zwei potentiellen Zuckertransporter möglicherweise eine Rolle im Transport von Kohlenhydraten in Richtung des Pilzes. Zusammengefasst bietet diese Arbeit neue Einsichten in Transportprozesse zwischen Pilz und Pflanze im Laufe der AM Symbiose. M. truncatula Transkript- und Metabolitlevel werden analysiert und die Transkriptomanalyse von R. irregularis liefert einen umfassenden Datensatz mit einer großen Menge an Informationen zu der noch unzureichend erforschten pilzlichen Seite der Symbiose für folgende Arbeiten. KW - arbuskuläre Mykorrhizasymbiose KW - Zuckertransporter KW - Medicago truncatula KW - Rhizophagus irregularis KW - Transkriptom Sequenzierung KW - arbuscular mycorrhizal symbiosis KW - sugar transporter KW - Medicago truncatula KW - Rhizophagus irregularis KW - transcriptome sequencing Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-68210 ER - TY - GEN A1 - Van Bel, Michiel A1 - Proost, Sebastian A1 - Van Neste, Christophe A1 - Deforce, Dieter A1 - Van de Peer, Yves A1 - Vandepoele, Klaas T1 - TRAPID BT - an efficient online tool for the functional and comparative analysis of de novo RNA-Seq transcriptomes T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Transcriptome analysis through next-generation sequencing technologies allows the generation of detailed gene catalogs for non-model species, at the cost of new challenges with regards to computational requirements and bioinformatics expertise. Here, we present TRAPID, an online tool for the fast and efficient processing of assembled RNA-Seq transcriptome data, developed to mitigate these challenges. TRAPID offers high-throughput open reading frame detection, frameshift correction and includes a functional, comparative and phylogenetic toolbox, making use of 175 reference proteomes. Benchmarking and comparison against state-of-the-art transcript analysis tools reveals the efficiency and unique features of the TRAPID system. TRAPID is freely available at http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/trapid/. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 900 KW - gene ontology KW - gene family KW - functional annotation KW - reference database KW - reference proteomes Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-436409 SN - 1866-8372 IS - 900 ER - TY - JOUR A1 - Apanasewicz, Anna A1 - Groth, Detlef A1 - Scheffler, Christiane A1 - Hermanussen, Michael A1 - Piosek, Magdalena A1 - Wychowaniec, Patrycja A1 - Babiszewska, Magdalena A1 - Barbarska, Olga A1 - Ziomkiewicz, Anna T1 - Traumatized women’s infants are bigger than children of mothers without traumas JF - Journal of biological and clinical anthropology : Anthropologischer Anzeiger N2 - Life history theory predicts that experiencing stress during the early period of life will result in accelerated growth and earlier maturation. Indeed, animal and some human studies documented a faster pace of growth in the offspring of stressed mothers. Recent advances in epigenetics suggest that the effects of early developmental stress might be passed across the generations. However, evidence for such intergenerational transmission is scarce, at least in humans. Here we report the results of the study investigating the association between childhood trauma in mothers and physical growth in their children during the first months of life. Anthropometric and psychological data were collected from 99 mothers and their exclusively breastfed children at the age of 5 months. The mothers completed the Early Life Stress Questionnaire to assess childhood trauma. The questionnaire includes questions about the most traumatic events that they had experienced before the age of 12 years. Infant growth was evaluated based on the anthropometric measurements of weight, length, and head circumference. Also, to control for the size of maternal investment, the composition of breast milk samples taken at the time of infant anthropometric measurements was investigated. The children of mothers with higher early life stress tended to have higher weight and bigger head circumference. The association between infant anthropometrics and early maternal stress was not affected by breast milk composition, suggesting that the effect of maternal stress on infant growth was independent of the size of maternal investment. Our results demonstrate that early maternal trauma may affect the pace of growth in the offspring and, in consequence, lead to a faster life history strategy. This effect might be explained via changes in offspring epigenetics. KW - maternal trauma KW - early life trauma KW - breastfed infant development KW - POLS Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1127/anthranz/2020/1285 SN - 0003-5548 SN - 2363-7099 VL - 77 IS - 5 SP - 359 EP - 374 PB - Schweizerbart science publishers CY - Stuttgart ER - TY - JOUR A1 - Gomula, Aleksandra A1 - Nowak-Szczepanska, Natalia A1 - Hermanussen, Michael A1 - Scheffler, Christiane A1 - Koziel, Slawomir T1 - Trends in growth and developmental tempo in boys aged 7 to 18 years between 1966 and 2012 in Poland JF - American journal of human biology : the official journal of the Human Biology Council N2 - Objectives: To assess trends in growth in different developmental periods and trends in developmental tempo in Polish boys between 1966 and 2012. Methods: Data on 34 828 boys aged 7 to 18 years were collected during Polish Anthropological Surveys conducted in 1966, 1978, 1988, and 2012. Biological parameters, related to onset of adolescent growth spurt (OGS) and peak height velocity (PHV), were derived from a Preece-Baines 1 model (PB1). Childhood (height at 7 years of age), pre-adolescent (height at OGS) and adolescent growth (adult height minus height at OGS) were identified. Results: Positive secular trend between 1966 and 2012 in adult height accounted for, on average, 1.5 cm/decade, with varying intensity between the Surveys. Decline in both age at OGS and APHV between 1966 and 2012 (1.5 and 1.4 years, respectively) indicated an acceleration in developmental tempo, on average, by 0.3 year/decade. Increases in the contribution to the trend in adult height gained during growth in particular developmental periods between 1966 and 2012 were as followed-childhood: 0.6%, pre-adolescent growth: -3.1%, adolescent growth: 3.1%. Conclusions: Secular trend in developmental tempo and growth among boys reflects changes in living conditions and socio-political aspirations in Poland during nearly 50 years. Acceleration in tempo is already visible at age at OGS, whereas the trend in adult height occurs largely during adolescence, pointing to different regulation of developmental tempo and growth in body height. This finding emphasizes the importance of extending public health intervention into children's growth up until adolescence. Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1002/ajhb.23548 SN - 1042-0533 SN - 1520-6300 VL - 33 IS - 6 PB - Wiley CY - Hoboken ER - TY - JOUR A1 - Mitrova, Biljana A1 - Tadjoung Waffo, Armel Franklin A1 - Kaufmann, Paul A1 - Iobbi-Nivol, Chantal A1 - Leimkühler, Silke A1 - Wollenberger, Ulla T1 - Trimethylamine N-Oxide Electrochemical Biosensor with a Chimeric Enzyme JF - ChemElectroChem N2 - For the first time, an enzyme-based electrochemical biosensor system for determination of trimethylamine N-oxide (TMAO) is described. It employs an active chimeric variant of TorA in combination with an enzymatically deoxygenating system and a low-potential mediator for effective regeneration of the enzyme and cathodic current generation. TMAO reductase (TorA) is a molybdoenzyme found in marine and most enterobacteria that specifically catalyzes the reduction of TMAO to trimethylamine (TMA). The chimeric TorA, named TorA-FDH, corresponds to the apoform of TorA from Escherichia coli reconstituted with the molybdenum cofactor from formate dehydrogenase (FDH). Each enzyme, TorA and TorA-FDH, was immobilized on the surface of a carbon electrode and protected with a dialysis membrane. The biosensor operates at an applied potential of -0.8V [vs. Ag/AgCl (1M KCl)] under ambient air conditions thanks to an additional enzymatic O-2-scavenger system. A comparison between the two enzymatic sensors revealed a much higher sensitivity for the biosensor with immobilized TorA-FDH. This biosensor exhibits a sensitivity of 14.16nA/M TMAO in a useful measuring range of 2-110M with a detection limit of LOD=2.96nM (S/N=3), and was similar for TMAO in buffer and in spiked serum samples. With a response time of 16 +/- 2 s, the biosensor is stable over prolonged daily measurements (n=20). This electrochemical biosensor provides suitable applications in detecting TMAO levels in human serum. KW - trimethylamine N-oxide (TMAO) KW - TMAO reductase KW - chimeric enzyme KW - molybdoenzyme KW - electrochemical biosensor Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1002/celc.201801422 SN - 2196-0216 VL - 6 IS - 6 SP - 1732 EP - 1737 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Kaech, Heidi A1 - Dennis, Alice B. A1 - Vorburger, Christoph T1 - Triple RNA-Seq characterizes aphid gene expression in response to infection with unequally virulent strains of the endosymbiont Hamiltonella defensa JF - BMC genomics N2 - Background Secondary endosymbionts of aphids provide benefits to their hosts, but also impose costs such as reduced lifespan and reproductive output. The aphid Aphis fabae is host to different strains of the secondary endosymbiont Hamiltonella defensa, which encode different putative toxins. These strains have very different phenotypes: They reach different densities in the host, and the costs and benefits (protection against parasitoid wasps) they confer to the host vary strongly. Results We used RNA-Seq to generate hypotheses on why four of these strains inflict such different costs to A. fabae. We found different H. defensa strains to cause strain-specific changes in aphid gene expression, but little effect of H. defensa on gene expression of the primary endosymbiont, Buchnera aphidicola. The highly costly and over-replicating H. defensa strain H85 was associated with strongly reduced aphid expression of hemocytin, a marker of hemocytes in Drosophila. The closely related strain H15 was associated with downregulation of ubiquitin-related modifier 1, which is related to nutrient-sensing and oxidative stress in other organisms. Strain H402 was associated with strong differential regulation of a set of hypothetical proteins, the majority of which were only differentially regulated in presence of H402. Conclusions Overall, our results suggest that costs of different strains of H. defensa are likely caused by different mechanisms, and that these costs are imposed by interacting with the host rather than the host's obligatory endosymbiont B. aphidicola. KW - Aphis fabae KW - Buchnera KW - Cost of resistance KW - Hamiltonella KW - Host-symbiont interaction KW - RNA-Seq KW - Symbiosis Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1186/s12864-021-07742-8 SN - 1471-2164 VL - 22 IS - 1 PB - BioMed Central CY - London ER - TY - GEN A1 - Dammhahn, Melanie A1 - Goodman, Steven M. T1 - Trophic niche differentiation and microhabitat utilization revealed by stable isotope analyses in a dry-forest bat assemblage at Ankarana, northern Madagascar T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Bats are important components in tropical mammal assemblages. Unravelling the mechanisms allowing multiple syntopic bat species to coexist can provide insights into community ecology. However, dietary information on component species of these assemblages is often difficult to obtain. Here we measuredstable carbon and nitrogen isotopes in hair samples clipped from the backs of 94 specimens to indirectly examine whether trophic niche differentiation and microhabitat segregation explain the coexistence of 16 bat species at Ankarana, northern Madagascar. The assemblage ranged over 4.4% in delta N-15 and was structured into two trophic levels with phytophagous Pteropodidae as primary consumers (c. 3% enriched over plants) and different insectivorous bats as secondary consumers (c. 4% enriched over primary consumers). Bat species utilizing different microhabitats formed distinct isotopic clusters (metric analyses of delta C-13-delta N-15 bi-plots), but taxa foraging in the same microhabitat did not show more pronounced trophic differentiation than those occupying different microhabitats. As revealed by multivariate analyses, no discernible feeding competition was found in the local assemblage amongst congeneric species as compared with non-congeners. In contrast to ecological niche theory, but in accordance with studies on New and Old World bat assemblages, competitive interactions appear to be relaxed at Ankarana and not a prevailing structuring force. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 595 KW - Ankarana KW - canopy effect KW - Chiroptera KW - coexistence KW - community structure KW - congeneric species KW - dry deciduous forest KW - Madagascar Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-415157 SN - 1866-8372 SP - 97 EP - 109 ER - TY - JOUR A1 - Mehner, Thomas A1 - Attermeyer, Katrin A1 - Brauns, Mario A1 - Brothers, Soren A1 - Hilt, Sabine A1 - Scharnweber, Kristin A1 - Dorst, Renee Minavan A1 - Vanni, Michael J. A1 - Gaedke, Ursula T1 - Trophic transfer efficiency in lakes JF - Ecosystems N2 - Trophic transfer efficiency (TTE) is usually calculated as the ratio of production rates between two consecutive trophic levels. Although seemingly simple, TTE estimates from lakes are rare. In our review, we explore the processes and structures that must be understood for a proper lake TTE estimate. We briefly discuss measurements of production rates and trophic positions and mention how ecological efficiencies, nutrients (N, P) and other compounds (fatty acids) affect energy transfer between trophic levels and hence TTE. Furthermore, we elucidate how TTE estimates are linked with size-based approaches according to the Metabolic Theory of Ecology, and how food-web models can be applied to study TTE in lakes. Subsequently, we explore temporal and spatial heterogeneity of production and TTE in lakes, with a particular focus on the links between benthic and pelagic habitats and between the lake and the terrestrial environment. We provide an overview of TTE estimates from lakes found in the published literature. Finally, we present two alternative approaches to estimating TTE. First, TTE can be seen as a mechanistic quantity informing about the energy and matter flow between producer and consumer groups. This approach is informative with respect to food-web structure, but requires enormous amounts of data. The greatest uncertainty comes from the proper consideration of basal production to estimate TTE of omnivorous organisms. An alternative approach is estimating food-chain and food-web efficiencies, by comparing the heterotrophic production of single consumer levels or the total sum of all heterotrophic production including that of heterotrophic bacteria to the total sum of primary production. We close the review by pointing to a few research questions that would benefit from more frequent and standardized estimates of TTE in lakes. KW - stoichiometry KW - production rates KW - trophic position KW - fatty acids KW - land-water coupling KW - food-web models Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1007/s10021-022-00776-3 SN - 1432-9840 SN - 1435-0629 VL - 25 IS - 8 SP - 1628 EP - 1652 PB - Springer CY - New York ER - TY - JOUR A1 - Kehlmaier, Christian A1 - Barlow, Axel A1 - Hastings, Alexander K. A1 - Vamberger, Melita A1 - Paijmans, Johanna L. A. A1 - Steadman, David W. A1 - Albury, Nancy A. A1 - Franz, Richard A1 - Hofreiter, Michael A1 - Fritz, Uwe T1 - Tropical ancient DNA reveals relationships of the extinct bahamian giant tortoise Chelonoidis alburyorum JF - Proceedings of the Royal Society of London : Series B, Biological sciences N2 - Ancient DNA of extinct species from the Pleistocene and Holocene has provided valuable evolutionary insights. However, these are largely restricted to mammals and high latitudes because DNA preservation in warm climates is typically poor. In the tropics and subtropics, non-avian reptiles constitute a significant part of the fauna and little is known about the genetics of the many extinct reptiles from tropical islands. We have reconstructed the near-complete mitochondrial genome of an extinct giant tortoise from the Bahamas (Chelonoidis alburyorum) using an approximately 1000-year-old humerus from a water-filled sinkhole (blue hole) on Great Abaco Island. Phylogenetic and molecular clock analyses place this extinct species as closely related to Galapagos (C. niger complex) and Chaco tortoises (C. chilensis), and provide evidence for repeated overseas dispersal in this tortoise group. The ancestors of extant Chelonoidis species arrived in South America from Africa only after the opening of the Atlantic Ocean and dispersed from there to the Caribbean and the Galapagos Islands. Our results also suggest that the anoxic, thermally buffered environment of blue holes may enhance DNA preservation, and thus are opening a window for better understanding evolution and population history of extinct tropical species, which would likely still exist without human impact. KW - Bahamas KW - biogeography KW - extinction KW - palaeontology KW - phylogeny Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.1098/rspb.2016.2235 SN - 0962-8452 SN - 1471-2954 VL - 284 PB - The Royal Society CY - London ER - TY - JOUR A1 - Franco-Obregon, Alfredo A1 - Cambria, Elena A1 - Greutert, Helen A1 - Wernas, Timon A1 - Hitzl, Wolfgang A1 - Egli, Marcel A1 - Sekiguchi, Miho A1 - Boos, Norbert A1 - Hausmann, Oliver A1 - Ferguson, Stephen J. A1 - Kobayashi, Hiroshi A1 - Würtz-Kozak, Karin T1 - TRPC6 in simulated microgravity of intervertebral disc cells JF - European Spine Journal N2 - Purpose Prolonged bed rest and microgravity in space cause intervertebral disc (IVD) degeneration. However, the underlying molecular mechanisms are not completely understood. Transient receptor potential canonical (TRPC) channels are implicated in mechanosensing of several tissues, but are poorly explored in IVDs. Methods Primary human IVD cells from surgical biopsies composed of both annulus fibrosus and nucleus pulposus (passage 1-2) were exposed to simulated microgravity and to the TRPC channel inhibitor SKF-96365 (SKF) for up to 5days. Proliferative capacity, cell cycle distribution, senescence and TRPC channel expression were analyzed. Results Both simulated microgravity and TRPC channel antagonism reduced the proliferative capacity of IVD cells and induced senescence. While significant changes in cell cycle distributions (reduction in G1 and accumulation in G2/M) were observed upon SKF treatment, the effect was small upon 3days of simulated microgravity. Finally, downregulation of TRPC6 was shown under simulated microgravity. Conclusions Simulated microgravity and TRPC channel inhibition both led to reduced proliferation and increased senescence. Furthermore, simulated microgravity reduced TRPC6 expression. IVD cell senescence and mechanotransduction may hence potentially be regulated by TRPC6 expression. This study thus reveals promising targets for future studies. KW - Intervertebral disc KW - Simulated microgravity KW - Senescence KW - TRP channels KW - Mechanotransduction KW - Gene expression Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1007/s00586-018-5688-8 SN - 0940-6719 SN - 1432-0932 VL - 27 IS - 10 SP - 2621 EP - 2630 PB - Springer CY - New York ER - TY - GEN A1 - Lara, Mark J. A1 - Nitze, Ingmar A1 - Große, Guido A1 - McGuire, David T1 - Tundra landform and vegetation productivity trend maps for the Arctic Coastal Plain of northern Alaska T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Arctic tundra landscapes are composed of a complex mosaic of patterned ground features, varying in soil moisture, vegetation composition, and surface hydrology over small spatial scales (10-100 m). The importance of microtopography and associated geomorphic landforms in influencing ecosystem structure and function is well founded, however, spatial data products describing local to regional scale distribution of patterned ground or polygonal tundra geomorphology are largely unavailable. Thus, our understanding of local impacts on regional scale processes (e.g., carbon dynamics) may be limited. We produced two key spatiotemporal datasets spanning the Arctic Coastal Plain of northern Alaska (similar to 60,000 km(2)) to evaluate climate-geomorphological controls on arctic tundra productivity change, using (1) a novel 30m classification of polygonal tundra geomorphology and (2) decadal-trends in surface greenness using the Landsat archive (1999-2014). These datasets can be easily integrated and adapted in an array of local to regional applications such as (1) upscaling plot-level measurements (e.g., carbon/energy fluxes), (2) mapping of soils, vegetation, or permafrost, and/or (3) initializing ecosystem biogeochemistry, hydrology, and/or habitat modeling. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1035 KW - spatial-distribution KW - lake basins KW - microtopography KW - water KW - ice KW - accumulation KW - degradation KW - permafrost KW - dynamics KW - barrow Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-459875 SN - 1866-8372 IS - 1035 ER - TY - THES A1 - Sarlet, Adrien T1 - Tuning the viscoelasticity of Escherichia coli biofilms T1 - Abstimmung der Viskoelastizität von Escherichia coli-Biofilmen BT - interplay between extrinsic and intrinsic factors BT - Wechselspiel zwischen extrinsischen und intrinsischen Faktoren N2 - Biofilms are heterogeneous structures made of microorganisms embedded in a self-secreted extracellular matrix. Recently, biofilms have been studied as sustainable living materials with a focus on the tuning of their mechanical properties. One way of doing so is to use metal ions. In particular biofilms have been shown to stiffen in presence of some metal cations and to soften in presence of others. However, the specificity and the determinants of those interactions vary between species. While Escherichia coli is a widely studied model organism, little is known concerning the response of its biofilms to metal ions. In this work, we aimed at tuning the mechanics of E. coli biofilms by acting on the interplay between matrix composition and metal cations. To do so, we worked with E. coli strains producing a matrix composed of curli amyloid fibres or phosphoethanolamine-cellulose (pEtN-cellulose) fibres or both. The viscoelastic behaviour of the resulting biofilms was investigated with rheology after incubation with one of the following metal ion solutions: FeCl3, AlCl3, ZnCl2 and CaCl2 or ultrapure water. We observed that the strain producing both fibres stiffen by a factor of two when exposed to the trivalent metal cations Al(III) and Fe(III) while no such response is observed for the bivalent cations Zn(II) and Ca(II). Strains producing only one matrix component did not show any stiffening in response to either cation, but even a small softening. In order to investigate further the contribution of each matrix component to the mechanical properties, we introduced additional bacterial strains producing curli fibres in combination with non-modified cellulose, non-modified cellulose only or neither component. We measured biofilms produced by those different strains with rheology and without any solution. Since rheology does not preserve the architecture of the matrix, we compared those results to the mechanical properties of biofilms probed with the non-destructive microindentation. The microindentation results showed that biofilm stiffness is mainly determined by the presence of curli amyloid fibres in the matrix. However, this clear distinction between biofilm matrices containing or not containing curli is absent from the rheology results, i.e. following partial destruction of the matrix architecture. In addition, rheology also indicated a negative impact of curli on biofilm yield stress and flow stress. This suggests that curli fibres are more brittle and therefore more affected by the mechanical treatments. Finally, to examine the molecular interactions between the biofilms and the metal cations, we used Attenuated total reflectance - Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) to study the three E.coli strains producing a matrix composed of curli amyloid fibres, pEtN-cellulose fibres or both. We measured biofilms produced by those strains in presence of each of the aforementioned metal cation solutions or ultrapure water. We showed that the three strains cannot be distinguished based on their FTIR spectra and that metal cations seem to have a non-specific effect on bacterial membranes in absence of pEtN-cellulose. We subsequently conducted similar experiments on purified curli or pEtN-cellulose fibres. The spectra of the pEtN-cellulose fibres revealed a non-valence-specific interaction between metal cations and the phosphate of the pEtN-modification. Altogether, these results demonstrate that the mechanical properties of E. coli biofilms can be tuned via incubation with metal ions. While the mechanism involving curli fibres remains to be determined, metal cations seem to adsorb onto pEtN-cellulose and this is not valence-specific. This work also underlines the importance of matrix architecture to biofilm mechanics and emphasises the specificity of each matrix composition. N2 - Biofilme sind heterogene Strukturen aus Mikroorganismen, die in eine selbst-abgesonderte extrazelluläre Matrix eingebettet sind. In letzter Zeit wurden Biofilme als nachhaltige lebende Materialien untersucht, mit dem Ziel ihre mechanischen Eigenschaften zu modifizieren. Eine Möglichkeit, dies zu tun, ist die Verwendung von Metallionen. Es hat sich gezeigt, dass Biofilme in Gegenwart einiger Metallkationen steifer und in Gegenwart anderer weicher werden. Die Spezifität und die Bestimmungsfaktoren dieser Wechselwirkungen sind jedoch je nach Spezies unterschiedlich. Obwohl Escherichia coli ein weithin untersuchter Modellorganismus ist, ist wenig über den Einfluss von Metallionen auf die Eigenschaften von E. coli-Biofilmen bekannt. Ziel dieser Arbeit war, die mechanischen Eigenschaften von E. coli-Biofilmen durch Beeinflussung des Zusammenspiels von Matrixzusammensetzung und Metallkationen zu untersuchen und zu verändern. Zu diesem Zweck wurden E. coli-Stämme verwendet, die eine Matrix aus Curli-Fasern oder Phosphoethanolamin-modifizierter Zellulose (pEtN-Zellulose) oder aus beiden produzieren. Das viskoelastische Verhalten der resultierenden Biofilme wurde nach Inkubation mit einer der folgenden Metallsalzlösungen (oder Reinstwasser) rheologisch untersucht: FeCl3, AlCl3, ZnCl2 und CaCl2. Es zeigte sich, dass die Steifigkeit von Biofilmen des Stammes, der beide Fasern produziert, um das Doppelte höher ist, wenn sie den dreiwertigen Metallkationen Al(III) und Fe(III) ausgesetzt werden. Im Gegensatz dazu konnte keine derartige Veränderung der Steifigkeit beobachtet werden, wenn stattdessen die zweiwertigen Kationen Zn(II) und Ca(II) zugesetzt wurden. Stämme, die nur eine Matrixkomponente produzieren, zeigten keine Versteifung in Gegenwart von Kationen, sondern sogar eine geringe Erweichung. Um den Beitrag der einzelnen Matrixkomponenten zu den mechanischen Eigenschaften weiter zu untersuchen, wurden weitere Bakterienstämme mit den bereits genannten verglichen. Diese Stämme produzieren entweder Curli-Fasern in Kombination mit nicht modifizierter Zellulose, ausschließlich nicht modifizierte Zellulose oder keine der beiden Komponenten. Die resultierenden Biofilme wurden ohne den Zusatz von Salzlösung rheologisch charakterisiert. Da die Matrixarchitektur bei Rheologiemessungen zerstört wird, wurden die Biofilme ebenfalls mit Mikroindentation untersucht, welche mit intakten Biofilmen durchgeführt werden kann. Die Ergebnisse der Mikroindentation zeigen, dass die Steifigkeit der Biofilme hauptsächlich durch das Vorhandensein von Curli-Fasern bestimmt wird. Diese klare Unterscheidung der mechanischen Eigenschaften zwischen Biofilmmatrices mit und ohne Curli ist jedoch in den rheologischen Ergebnissen nicht erkennbar, d. h. nach teilweiser Zerstörung der Matrixarchitektur. Darüber hinaus zeigte die Rheologie eine niedrigere Fließspannung für Biofilme, die Curli enthalten. In der Kombination deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass Curli-Fasern spröder und daher stärker von der mechanischen Behandlung betroffen sind. Um die molekularen Wechselwirkungen zwischen der Biofilm-Matrix und Metallkationen zu untersuchen, wurden die drei E. coli-Stämme, die eine Matrix aus Curli-Fasern, pEtN-Zellulose oder beidem bilden, mit abgeschwächter Totalreflexions-Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie (ATR-FTIR) charakterisiert. Die von diesen Stämmen produzierten Biofilme wurden in Gegenwart jeder der oben genannten Metallsalzlösungen und in Reinstwasser untersucht. Es wurde gezeigt, dass die drei Stämme anhand ihrer FTIR-Spektren nicht unterschieden werden können und dass in Abwesenheit von pEtN-Zellulose eine mögliche unspezifische Wirkung auf bakterielle Membranen besteht. Ähnliche Experimente mit gereinigten Curli-Fasern oder pEtN-Zellulose deuten darauf hin, dass Metallkationen in erster Linie eine nicht-valenzspezifische Wechselwirkung mit der Phosphatgruppe der pEtN-Modifikation eingehen. Insgesamt zeigen diese Ergebnisse, dass die mechanischen Eigenschaften von E. coli-Biofilmen durch Inkubation mit Metallkationen modifiziert werden können. Während die Mechanismen, an denen Curli-Fasern beteiligt sind, noch nicht aufgeklärt sind, scheinen Metallkationen an pEtN-Zellulose zu adsorbieren. Diese Arbeit unterstreicht auch die Bedeutung der Matrixarchitektur für die Mechanik von Biofilmen und verdeutlicht die Wichtigkeit der jeweiligen Matrixzusammensetzung für die Spezifität und das Ausmaß der beobachteten Effekte. KW - E. coli KW - biofilm KW - metal cation KW - matrix KW - viscoelasticity KW - E. coli KW - Biofilm KW - Metallkation KW - Matrix KW - Viskoelastizität Y1 - 2023 ER - TY - JOUR A1 - Yildiz, Tugba A1 - Leimkühler, Silke T1 - TusA is a versatile protein that links translation efficiency to cell division in Escherichia coli JF - Journal of bacteriology N2 - To enable accurate and efficient translation, sulfur modifications are introduced posttranscriptionally into nucleosides in tRNAs. The biosynthesis of tRNA sulfur modifications involves unique sulfur trafficking systems for the incorporation of sulfur atoms in different nucleosides of tRNA. One of the proteins that is involved in inserting the sulfur for 5-methylaminomethyl-2-thiouridine (mnm(5)s(2)U34) modifications in tRNAs is the TusA protein. TusA, however, is a versatile protein that is also involved in numerous other cellular pathways. Despite its role as a sulfur transfer protein for the 2-thiouridine formation in tRNA, a fundamental role of TusA in the general physiology of Escherichia coli has also been discovered. Poor viability, a defect in cell division, and a filamentous cell morphology have been described previously for tusA-deficient cells. In this report, we aimed to dissect the role of TusA for cell viability. We were able to show that the lack of the thiolation status of wobble uridine (U-34) nucleotides present on Lys, Gln, or Glu in tRNAs has a major consequence on the translation efficiency of proteins; among the affected targets are the proteins RpoS and Fis. Both proteins are major regulatory factors, and the deregulation of their abundance consequently has a major effect on the cellular regulatory network, with one consequence being a defect in cell division by regulating the FtsZ ring formation.
IMPORTANCE More than 100 different modifications are found in RNAs. One of these modifications is the mnm(5)s(2)U modification at the wobble position 34 of tRNAs for Lys, Gln, and Glu. The functional significance of U34 modifications is substantial since it restricts the conformational flexibility of the anticodon, thus providing translational fidelity. We show that in an Escherichia coli TusA mutant strain, involved in sulfur transfer for the mnm(5)s(2)U34 thio modifications, the translation efficiency of RpoS and Fis, two major cellular regulatory proteins, is altered. Therefore, in addition to the transcriptional regulation and the factors that influence protein stability, tRNA modifications that ensure the translational efficiency provide an additional crucial regulatory factor for protein synthesis. KW - iron-sulfur clusters KW - tRNA thio modifications KW - FtsZ ring formation KW - cell KW - division KW - TusA KW - RpoS KW - Fis KW - FtsZ Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1128/JB.00659-20 SN - 1098-5530 VL - 203 IS - 7 PB - American Society for Microbiology CY - Washington ER - TY - JOUR A1 - Kamali, Bahareh A1 - Lorite, Ignacio J. A1 - Webber, Heidi A. A1 - Rezaei, Ehsan Eyshi A1 - Gabaldon-Leal, Clara A1 - Nendel, Claas A1 - Siebert, Stefan A1 - Ramirez-Cuesta, Juan Miguel A1 - Ewert, Frank A1 - Ojeda, Jonathan J. T1 - Uncertainty in climate change impact studies for irrigated maize cropping systems in southern Spain JF - Scientific reports N2 - This study investigates the main drivers of uncertainties in simulated irrigated maize yield under historical conditions as well as scenarios of increased temperatures and altered irrigation water availability. Using APSIM, MONICA, and SIMPLACE crop models, we quantified the relative contributions of three irrigation water allocation strategies, three sowing dates, and three maize cultivars to the uncertainty in simulated yields. The water allocation strategies were derived from historical records of farmer's allocation patterns in drip-irrigation scheme of the Genil-Cabra region, Spain (2014-2017). By considering combinations of allocation strategies, the adjusted R-2 values (showing the degree of agreement between simulated and observed yields) increased by 29% compared to unrealistic assumptions of considering only near optimal or deficit irrigation scheduling. The factor decomposition analysis based on historic climate showed that irrigation strategies was the main driver of uncertainty in simulated yields (66%). However, under temperature increase scenarios, the contribution of crop model and cultivar choice to uncertainty in simulated yields were as important as irrigation strategy. This was partially due to different model structure in processes related to the temperature responses. Our study calls for including information on irrigation strategies conducted by farmers to reduce the uncertainty in simulated yields at field scale. Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1038/s41598-022-08056-9 SN - 2045-2322 VL - 12 IS - 1 PB - Macmillan Publishers Limited, CY - London ER - TY - THES A1 - Ogden, Michael T1 - Uncovering the interplay between nutrient availability and cellulose biosynthesis inhibitor activity N2 - All plant cells are surrounded by a dynamic, carbohydrate-rich extracellular matrix known as the cell wall. Nutrient availability affects cell wall composition via uncharacterized regulatory mechanisms, and cellulose deficient mutants develop a hypersensitive root response to growth on high concentrations of nitrate. Since cell walls account for the bulk of plant biomass, it is important to understand how nutrients regulate cell walls. This could provide important knowledge for directing fertilizer treatments and engineering plants with higher nutrient use efficiency. The direct effect of nitrate on cell wall synthesis was investigated through growth assays on varying concentrations of nitrate, measuring cellulose content of roots and shoots, and assessing cellulose synthase activity (CESA) using live cell imaging with spinning disk confocal microscopy. A forward genetic screen was developed to isolate mutants impaired in nutrient-mediated cell wall regulation, revealing that cellulose biosynthesis inhibitor (CBI) activity is modulated by nutrient availability. Various non-CESA mutants were isolated that displayed CBI resistance, with the majority of mutations causing perturbation of mitochondria-localized proteins. To investigate mitochondrial involvement, the CBI mechanism of action was investigated using a reverse genetic screen, a targeted pharmacological screen, and -omics approaches. The results generated suggest that CBI-induced cellulose inhibition is due to off-target effects. This provides the groundwork to investigate uncharacterized processes of CESA regulation and adds valuable knowledge to the understanding of CBI activity, which could be harnessed to develop new and improved herbicides. KW - cellulose synthesis KW - plant cell wall KW - cellulose biosynthesis inhibitor KW - root growth KW - herbicide Y1 - 2022 ER - TY - JOUR A1 - Lehmann, Andreas A1 - Eccard, Jana A1 - Scheffler, Christiane A1 - Kurvers, Ralf H. J. M. A1 - Dammhahn, Melanie T1 - Under pressure: human adolescents express a pace-of-life syndrome JF - Behavioral ecology and sociobiology N2 - The pace-of-life syndrome (POLS) hypothesis posits that life-history characteristics, among individual differences in behavior, and physiological traits have coevolved in response to environmental conditions. This hypothesis has generated much research interest because it provides testable predictions concerning the association between the slow-fast life-history continuum and behavioral and physiological traits. Although humans are among the most well-studied species and similar concepts exist in the human literature, the POLS hypothesis has not yet been directly applied to humans. Therefore, we aimed to (i) test predicted relationships between life history, physiology, and behavior in a human population and (ii) better integrate the POLS hypothesis with other similar concepts. Using data of a representative sample of German adolescents, we extracted maturation status for girls (menarche, n = 791) and boys (voice break, n = 486), and a set of health-related risk-taking behaviors and cardiovascular parameters. Maturation status and health-related risk behavior as well as maturation status and cardiovascular physiology covaried in boys and girls. Fast maturing boys and girls had higher blood pressure and expressed more risk-taking behavior than same-aged slow maturing boys and girls, supporting general predictions of the POLS hypothesis. Only some physiological and behavioral traits were positively correlated, suggesting that behavioral and physiological traits might mediate life-history trade-offs differently. Moreover, some aspects of POLS were sex-specific. Overall, the POLS hypothesis shares many similarities with other conceptual frameworks from the human literature and these concepts should be united more thoroughly to stimulate the study of POLS in humans and other animals. Significance statement The pace-of-life syndrome (POLS) hypothesis suggests that life history, behavioral and physiological traits have coevolved in response to environmental conditions. Here, we tested this link in a representative sample of German adolescents, using data from a large health survey (the KIGGs study) containing information on individual age and state of maturity for girls and boys, and a set of health-related risk-taking behaviors and cardiovascular parameters. We found that fast maturing girls and boys had overall higher blood pressure and expressed more risk-taking behavior than same-aged slow maturing girls and boys. Only some behavioral and physiological traits were positively correlated, suggesting that behavioral and physiological traits might mediate life-history trade-offs differently and not necessarily form a syndrome. Our results demonstrate a general link between life history, physiological and behavioral traits in humans, while simultaneously highlighting a more complex and rich set of relationships, since not all relationships followed predictions by the POLS hypothesis. KW - Adolescence KW - Humans KW - Life history KW - Menarche KW - Physiology KW - Risk taking Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1007/s00265-018-2465-y SN - 0340-5443 SN - 1432-0762 VL - 72 IS - 3 PB - Springer CY - New York ER - TY - THES A1 - Schäfer, Merlin T1 - Understanding and predicting global change impacts on migratory birds T1 - Verständnis und Vorhersage von Auswirkungen des globalen Wandels auf Zugvögel N2 - This is a publication-based dissertation comprising three original research stud-ies (one published, one submitted and one ready for submission; status March 2019). The dissertation introduces a generic computer model as a tool to investigate the behaviour and population dynamics of animals in cyclic environments. The model is further employed for analysing how migratory birds respond to various scenarios of altered food supply under global change. Here, ecological and evolutionary time-scales are considered, as well as the biological constraints and trade-offs the individual faces, which ultimately shape response dynamics at the population level. Further, the effect of fine-scale temporal patterns in re-source supply are studied, which is challenging to achieve experimentally. My findings predict population declines, altered behavioural timing and negative carry-over effects arising in migratory birds under global change. They thus stress the need for intensified research on how ecological mechanisms are affected by global change and for effective conservation measures for migratory birds. The open-source modelling software created for this dissertation can now be used for other taxa and related research questions. Overall, this thesis improves our mechanistic understanding of the impacts of global change on migratory birds as one prerequisite to comprehend ongoing global biodiversity loss. The research results are discussed in a broader ecological and scientific context in a concluding synthesis chapter. N2 - Dies ist eine publikationsbasierte Dissertation, welche aus drei wissenschaftlichen Originalstudien (eine publiziert, eine eingereicht und eine einreichbar; Stand März 2019) besteht. Die Dissertation stellt ein generisches Computermodell bereit, um das Verhalten und die Populationsdynamik von Tieren zu untersuchen, welche saisonale Umweltbedingungen erfahren. Mit diesem Computermodell untersuche ich in der vorliegenden Thesis, wie Zugvögel auf verschiedene Szenarien veränderter Nahrungsverfügbarkeit reagieren, welche im Rahmen des globalen Wandels wahrscheinlich sind. Dabei werden ökologische und evolutionäre Zeitskalen berücksichtigt. Außerdem werden biologisch bedingte Einschränkungen und Zielkonflikte einbezogen, welche das einzelne Individuum erfährt, die aber letztendlich auch das Geschehen auf Populationsebene bestimmen. Weiterhin studiere ich mit dem erstellten Computermodell am Beispiel des Weißstorchs, wie sich feinskalige Zeitmuster in der Nahrungsverfügbarkeit auf Zugvögel auswirken. Solche Studien würden eine enorme experimentelle Herausforderung darstellen. Die im Rahmen dieser Dissertation entstandene frei verfügbare Modellierungs-Software kann nun für andere Taxa und verwandte Forschungsfragen eingesetzt werden. Nach meinen Ergebnissen ist im Zuge des globalen Wandels mit verstärkten Populationsabnahmen bei Zugvögeln zu rechnen, sowie mit Änderungen im zeitlichen Verhaltensablauf und nichtlinearen negativen Carry-over-Effekten. Dies verdeutlicht, wie wichtig es ist, die vom globalen Wandel betroffenen ökologischen Mechanismen näher zu erforschen sowie effektive Schutzmaßnahmen für Zugvögel zu entwickeln. Allgemein erhöht die Dissertation unser mechanistisches Verständnis davon, wie sich der globale Wandel auf bedrohte Zugvogelarten auswirkt und damit die globale Biodiversität beeinflusst. Die Forschungsergebnisse werden in einem abschließenden Synthese-Kapitel zusammenführend diskutiert. KW - global change KW - migratory birds KW - life-history theory KW - movement ecology KW - bird migration KW - optimal annual routine model KW - stochastic dynamic programming KW - full annual cycle KW - population dynamics KW - carry-over effects KW - white stork KW - behavioural ecology KW - adaptation KW - mechanistic model KW - energetics KW - behavioural timing KW - reproduction KW - globaler Wandel KW - Zugvögel KW - Lebenszyklustheorie KW - Bewegungsökologie KW - Vogelzug KW - "Optimal annual routine"-Modell KW - stochastisch-dynamische Optimierung KW - vollständiger Jahreszyklus KW - Populationsdynamik KW - Carry-over-Effekte KW - Weißstorch KW - Verhaltensökologie KW - Anpassung KW - mechanistisches Modell KW - Energetik KW - Verhaltens-Timing KW - Reproduktion Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-439256 ER - TY - THES A1 - Ullmann, Wiebke T1 - Understanding animal movement behaviour in dynamic agricultural landscapes T1 - Tierbewegungen in dynamischen Agrarlandschaften N2 - The movement of organisms has formed our planet like few other processes. Movements shape populations, communities, entire ecosystems, and guarantee fundamental ecosystem functions and services, like seed dispersal and pollination. Global, regional and local anthropogenic impacts influence animal movements across ecosystems all around the world. In particular, land-use modification, like habitat loss and fragmentation disrupt movements between habitats with profound consequences, from increased disease transmissions to reduced species richness and abundance. However, neither the influence of anthropogenic change on animal movement processes nor the resulting effects on ecosystems are well understood. Therefore, we need a coherent understanding of organismal movement processes and their underlying mechanisms to predict and prevent altered animal movements and their consequences for ecosystem functions. In this thesis I aim at understanding the influence of anthropogenically caused land-use change on animal movement processes and their underlying mechanisms. In particular, I am interested in the synergistic influence of large-scale landscape structure and fine-scale habitat features on basic-level movement behaviours (e.g. the daily amount of time spend running, foraging, and resting) and their emerging higher-level movements (home range formation). Based on my findings, I identify the likely consequences of altered animal movements that lead to the loss of species richness and abundances. The study system of my thesis are hares in agricultural landscapes. European brown hares (Lepus europaeus) are perfectly suited to study animal movements in agricultural landscapes, as hares are hermerophiles and prefer open habitats. They have historically thrived in agricultural landscapes, but their numbers are in decline. Agricultural areas are undergoing strong land-use changes due to increasing food demand and fast developing agricultural technologies. They are already the largest land-use class, covering 38% of the world’s terrestrial surface. To consider the relevance of a given landscape structure for animal movement behaviour I selected two differently structured agricultural landscapes – a simple landscape in Northern Germany with large fields and few landscape elements (e.g. hedges and tree stands), and a complex landscape in Southern Germany with small fields and many landscape elements. I applied GPS devices (hourly fixes) with internal high-resolution accelerometers (4 min samples) to track hares, receiving an almost continuous observation of the animals’ behaviours via acceleration analyses. I used the spatial and behavioural information in combination with remote sensing data (normalized difference vegetation index, or NDVI, a proxy for resource availability), generating an almost complete idea of what the animal was doing when, why and where. Apart from landscape structure (represented by the two differently structured study areas), I specifically tested whether the following fine-scale habitat features influence animal movements: resource, agricultural management events, habitat diversity, and habitat structure. My results show that, irrespective of the movement process or mechanism and the type of fine-scale habitat features, landscape structure was the overarching variable influencing hare movement behaviour. High resource variability forces hares to enlarge their home ranges, but only in the simple and not in the complex landscape. Agricultural management events result in home range shifts in both landscapes, but force hares to increase their home ranges only in the simple landscape. Also the preference of habitat patches with low vegetation and the avoidance of high vegetation, was stronger in the simple landscape. High and dense crop fields restricted hare movements temporarily to very local and small habitat patch remnants. Such insuperable barriers can separate habitat patches that were previously connected by mobile links. Hence, the transport of nutrients and genetic material is temporarily disrupted. This mechanism is also working on a global scale, as human induced changes from habitat loss and fragmentation to expanding monocultures cause a reduction in animal movements worldwide. The mechanisms behind those findings show that higher-level movements, like increasing home ranges, emerge from underlying basic-level movements, like the behavioural modes. An increasing landscape simplicity first acts on the behavioural modes, i.e. hares run and forage more, but have less time to rest. Hence, the emergence of increased home range sizes in simple landscapes is based on an increased proportion of time running and foraging, largely due to longer travelling times between distant habitats and scarce resource items in the landscape. This relationship was especially strong during the reproductive phase, demonstrating the importance of high-quality habitat for reproduction and the need to keep up self-maintenance first, in low quality areas. These changes in movement behaviour may release a cascade of processes that start with more time being allocated to running and foraging, resulting into an increased energy expenditure and may lead to a decline in individual fitness. A decrease in individual fitness and reproductive output will ultimately affect population viability leading to local extinctions. In conclusion, I show that landscape structure has one of the most important effects on hare movement behaviour. Synergistic effects of landscape structure, and fine-scale habitat features, first affect and modify basic-level movement behaviours, that can scales up to altered higher-level movements and may even lead to the decline of species richness and abundances, and the disruption of ecosystem functions. Understanding the connection between movement mechanisms and processes can help to predict and prevent anthropogenically induced changes in movement behaviour. With regard to the paramount importance of landscape structure, I strongly recommend to decrease the size of agricultural fields and increase crop diversity. On the small-scale, conservation policies should assure the year round provision of areas with low vegetation height and high quality forage. This could be done by generating wildflower strips and additional (semi-) natural habitat patches. This will not only help to increase the populations of European brown hares and other farmland species, but also ensure and protects the continuity of mobile links and their intrinsic value for sustaining important ecosystem functions and services. N2 - Wenige biologische Prozesse haben unseren Planeten so stark geformt wie die Bewegungen von Organismen. Individuelle Tierbewegungen haben weitreichende Auswirkungen auf ganze Populationen, Artengemeinschaften und Ökosysteme. Tier-bewegungen sind außerdem verantwortlich für fundamentale Ökosystemfunktionen und –leistungen, wie z.B. die Verbreitung von Samen und die Bestäubung von Wild- und Nutzpflanzen. Globale, regionale und lokale Einflüsse durch den Menschen verändern die ursprünglichen Bewegungsmuster von Organismen und damit auch die Auswir-kungen dieser Bewegungen auf die Ökosysteme. Insbesondere Landnutzungs-änderungen, wie z.B. der Verlust und die Fragmentierung von Lebensräumen, stören die Tierbewegungen zwischen verschiedenen Habitaten und können schwerwiegende Folgen nach sich ziehen. Diese Folgen reichen von der Verminderung der biologischen Artenvielfalt bis hin zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit der Krankheitsübertragung. Dennoch sind weder die Auswirkungen von Landnutzungsveränderungen auf die Bewegungsabläufe von Tieren, noch deren Einfluss auf die Ökosysteme bis heute gut verstanden. Um die Veränderungen der Bewegungsprozesse und deren Folgen für die Funktionstüchtigkeit von Ökosystemen vorhersagen zu können oder gar zu verhindern, benötigen wir ein ganzheitliches Verständnis der organismischen Bewegungsprozesse. Das Ziel meiner Arbeit ist es, den Einfluss von anthropogenen Landnutzungs-änderungen auf tierische Bewegungsprozesse und die zugrundeliegende Mechanismen zu verstehen. Im Speziellen untersuche ich die synergetischen Effekte großflächiger Landschaftsstrukturen und kleinflächiger Habitatmerkmale auf das Bewegungsverhalten von Tieren. Dabei untersuche ich sowohl die Bewegungsprozesse, wie z.B. die Ent-stehung von Streifgebieten, als auch die zugrundeliegenden täglichen Verhaltensweisen wie das Laufen, die Nahrungssuche und das Schlafen. Die hierbei gewonnen Erkennt-nisse ermöglichen es mir, die voraussichtlichen Folgen von veränderten Tierbewe-gungen auf Ökosysteme abzuleiten. Das Modelsystem meiner Doktorarbeit ist der Feldhase (Lepus europaeus) in Agrarlandschaften. Feldhasen eignen sich hervorragend zur Untersuchung von Tier-bewegungen in landwirtschaftlich genutzten Gebieten, da sie Kulturfolger sind und offene Lebensräume, wie Agrarlandschaften und Steppen bevorzugen. Sie konnten sich in landwirtschaftlichen Regionen ausbreiten und entfalten. Jedoch sind die Bestände seit den 1960er Jahren stark zurückgegangen. Die Intensivierung der Landwirtschaft stellt einen Grund für diesen Rückgang dar. Aufgrund des steigenden Nahrungsmittelbedarfs und der sich schnell entwickelnden Agrartechnologien unterliegen Agrarlandschaften starken Landnutzungsänderungen. Agrarlandschaften stellen weltweit das flächenmäßig größte Landnutzungssystem dar und bedecken 38% der Erdoberfläche. Um die Auswirkungen großflächiger Landschaftsstrukturen auf das Bewegungsverhalten von Tieren zu untersuchen, habe ich zwei unterschiedlich strukturierte Agrarlandschaften ausgewählt: eine relativ einfach strukturierte Landschaft in Norddeutschland, die sich v.a. durch große Feldern und wenige Landschaftselementen (z.B. Hecken und kleinere Baumbestände) auszeichnet und eine komplexere Landschaft in Süddeutschland, die durch kleinere Felder und vielen dieser Landschaftselementen charakterisiert ist. Mit Hilfe von GPS-Halsbändern, die mit internen hochauflösenden Beschleu-nigungssensoren ausgestattet sind, wurden die Bewegungen der Feldhasen aufge-zeichnet. Die Beschleunigungssensoren liefern nahezu kontinuierliche Daten, die mit Hilfe von statistischen Klassifikationsverfahren das Verhalten der Tiere wiedergeben können. Die räumlichen Daten (GPS) und die Informationen über die Verhaltensweisen wurden anschließend mit Fernerkundungsdaten kombiniert, die wiederum Aufschluss über die Ressourcenverfügbarkeit geben. Hierdurch kann ein fast vollständiges Bild davon generiert werden, was das Tier wann, warum und wo getan hat. Neben der Landschaftsstruktur (dargestellt durch die beiden unterschiedlich strukturierten Unter-suchungsgebiete) habe ich getestet, ob die folgenden kleinflächigen Habitatmerkmale einen Einfluss auf die Tierbewegungen ausüben: raum-zeitliche Variabilität in der Ressourcenverfügbarkeit, landwirtschaftliche Managementmaßnahmen, Habitatdiversität und Habitatstruktur. Die Ergebnisse meiner Forschungsarbeit zeigen, dass unabhängig vom Bewegungsprozess oder -mechanismus und der Art der Habitatmerkmale, die Land-schaftsstruktur die Bewegungen der Feldhasen am stärksten beeinflusst. Eine hohe Ressourcenvariabilität zwingt die Feldhasen dazu, ihre Streifgebiete zu vergrößern, jedoch nur in der einfachen und nicht in der komplexen Landschaft. Landwirtschaftliche Managementmaßnahmen führen zu einer Verschiebung der Streifgebiete in beiden Landschaftstypen. In der einfachen Landschaft jedoch, vergrößern die Feldhasen zusätzlich ihre Streifgebiete. Feldhasen bevorzugen niedrige und vermeiden hohe Vegetation. Im Vergleich zur komplexen Landschaft ist diese Art der Habitatselektion stärker in der einfachen Landschaft ausgeprägt. Hohe und dichte Feldfrüchte, wie z.B. Raps oder Weizen, beschränken die Bewegungen der Feldhasen vorübergehend auf viel kleinere und lokale Gebiete. Derartige unüberwindbare Barrieren können Habitate voneinander trennen, die vorher durch sogenannte „mobile links“ miteinander verbunden waren. „Mobile links“ transportieren z.B. Nährstoffe oder genetisches Material zwischen entfernten Habitaten. Durch die Trennung wird dieser Transport vorübergehend unterbrochen und stört somit die Funktionstüchtigkeit des Ökosystems. Die Reduktion von „mobile links“ durch die vom Menschen verursachten Landnutzungsänderungen und damit einhergehenden Einschränkungen von Tierbewegungen ist weltweit vorzufinden. Die Resultate meiner Untersuchungen zeigen zudem, dass Bewegungsprozesse, wie z.B. die Vergrößerung der Streifgebiete, durch die zugrundeliegenden Verhaltens-weisen ausgelöst werden. Eine zunehmende Vereinfachung von Landschaftsstrukturen wirkt sich zunächst auf die Verhaltensweisen aus, d.h. Feldhasen laufen mehr und begeben sich häufiger auf die Suche nach Nahrung und anderen Ressourcen. Demnach verringern sich die Ruhezeiten der Feldhasen. Die Vergrößerung von Streifgebieten in der einfach strukturierten Landschaft beruht daher auf einem erhöhten Anteil an Lauf- und Nahrungssuchzeiten. Dies ist vor allem auf die längeren Wege zwischen den weiter entfernten Habitaten und eine geringere Ressourcenverfügbarkeit in einfach strukturierten Landschaften zurück zu führen. In meinen Untersuchungen zeige ich außerdem, dass die Beziehung zwischen der Landschaftsstruktur und den Verhaltens-weisen während der Fortpflanzungsphase besonders stark ausgeprägt ist. Dies zeigt zum einen die besondere Bedeutung eines qualitativ hochwertigen Lebensraums während der Fortpflanzungsphase und zum anderen, dass sich Tiere in Gebieten mit geringer Habitatqualität erst um das eigene tägliche Überleben kümmern müssen. Erst wenn ausreichend Zeit und Ressourcen verfügbar sind, können die Feldhasen sich erfolgreich fortpflanzen. Veränderungen im Bewegungsverhalten können also eine ganze Kaskade von Prozessen auslösen. Diese Kaskade beginnen mit der Veränderung der Verhaltensweisen durch z.B. weniger strukturierte Habitate und führt zu einem erhöhten Anteil an Laufen und Futtersuche, was wiederum einen erhöhten Energieaufwand bedeutet. Wenn Tiere zu viel Energie aufwenden müssen, um das eigene tägliche Überleben zu sichern, kann dies einen Rückgang ihrer individuellen Fitness bedeuten. Die Abnahme der Fitness und der Reproduktionsleistung wird sich letztendlich auf die Überlebensfähigkeit der Population auswirken und kann zum lokalen Aussterben führen. Die Struktur der Agrarlandschaft stellt eine der wichtigsten Einflussgrößen für das Bewegungsverhalten von Feldhasen dar. Die synergistischen Effekte der großflächigen Landschaftsstruktur und der kleinflächigen Habitatmerkmale beeinflussen und modifizieren zunächst die täglichen Verhaltensweisen, die dann wiederum zu veränderten Bewegungsprozessen führen und damit zu Störungen der Ökosystem-funktionen und zum Rückgang der biologischen Vielfalt beitragen. Im Hinblick auf die große Bedeutung der Landschaftsstruktur empfehle ich daher dringend die Größe der landwirtschaftlichen Felder zu verringern und die Vielfalt der Anbaukulturen zu erhöhen. Kleinräumige Naturerhaltungsmaßnahmen sollten die ganzjährige Bereitstellung von Habitaten mit geringer Vegetationshöhe und hochwertigem Futter sicherstellen. Dies kann durch den Anbau von Blühstreifen und der Schaffung bzw. dem Erhalt zusätzlicher (halb-)natürlicher Lebensräume erreicht werden. Diese Maßnahmen werden nicht nur dazu beitragen, die Populationen der Feldhasen und anderer Kulturfolgern zu vergrößern, sondern helfen auch dabei das Fortbestehen der „mobile links“ und der damit verbundenen Ökosystemfunktionen und –leistungen zu gewährleisten und zu schützen. KW - European hare KW - Feldhase KW - movemen ecology KW - Bewegungsökologie KW - agricultural landscapes KW - Agrarlandschaft KW - telemetry KW - Telemetrie KW - GPS KW - GPS Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-427153 ER - TY - THES A1 - Teckentrup, Lisa T1 - Understanding predator-prey interactions T1 - Verstehen von Räuber-Beute-Interaktionen BT - the role of fear in structuring prey communities BT - die Rolle der Angst bei der Strukturierung von Beutetiergemeinschaften N2 - Predators can have numerical and behavioral effects on prey animals. While numerical effects are well explored, the impact of behavioral effects is unclear. Furthermore, behavioral effects are generally either analyzed with a focus on single individuals or with a focus on consequences for other trophic levels. Thereby, the impact of fear on the level of prey communities is overlooked, despite potential consequences for conservation and nature management. In order to improve our understanding of predator-prey interactions, an assessment of the consequences of fear in shaping prey community structures is crucial. In this thesis, I evaluated how fear alters prey space use, community structure and composition, focusing on terrestrial mammals. By integrating landscapes of fear in an existing individual-based and spatially-explicit model, I simulated community assembly of prey animals via individual home range formation. The model comprises multiple hierarchical levels from individual home range behavior to patterns of prey community structure and composition. The mechanistic approach of the model allowed for the identification of underlying mechanism driving prey community responses under fear. My results show that fear modified prey space use and community patterns. Under fear, prey animals shifted their home ranges towards safer areas of the landscape. Furthermore, fear decreased the total biomass and the diversity of the prey community and reinforced shifts in community composition towards smaller animals. These effects could be mediated by an increasing availability of refuges in the landscape. Under landscape changes, such as habitat loss and fragmentation, fear intensified negative effects on prey communities. Prey communities in risky environments were subject to a non-proportional diversity loss of up to 30% if fear was taken into account. Regarding habitat properties, I found that well-connected, large safe patches can reduce the negative consequences of habitat loss and fragmentation on prey communities. Including variation in risk perception between prey animals had consequences on prey space use. Animals with a high risk perception predominantly used safe areas of the landscape, while animals with a low risk perception preferred areas with a high food availability. On the community level, prey diversity was higher in heterogeneous landscapes of fear if individuals varied in their risk perception compared to scenarios in which all individuals had the same risk perception. Overall, my findings give a first, comprehensive assessment of the role of fear in shaping prey communities. The linkage between individual home range behavior and patterns at the community level allows for a mechanistic understanding of the underlying processes. My results underline the importance of the structure of the landscape of fear as a key driver of prey community responses, especially if the habitat is threatened by landscape changes. Furthermore, I show that individual landscapes of fear can improve our understanding of the consequences of trait variation on community structures. Regarding conservation and nature management, my results support calls for modern conservation approaches that go beyond single species and address the protection of biotic interactions. N2 - Raubtiere beeinflussen ihre Beute durch die Verringerung der Anzahl (numerische Effekte) und durch das Hervorrufen von Verhaltensänderungen (Verhaltenseffekte). Während die Auswirkungen von numerischen Effekten gut erforscht sind, sind die Auswirkungen von Verhaltenseffekten unklar. Außerdem werden bei Verhaltensänderungen selten die Auswirkungen auf die Beutetiergemeinschaft betrachtet, sondern nur die Effekte auf einzelne Individuen bzw. Arten oder auf andere Stufen der Nahrungskette. Eine Betrachtung auf der Stufe der Beutetiergemeinschaft ist jedoch sehr wichtig, da nur so ein umfassendes Verständnis von Räuber-Beute-Gemeinschaften möglich ist. In der vorliegenden Arbeit habe ich die Auswirkungen von Verhaltenseffekten auf die Raumnutzung und die Struktur von Beutetiergemeinschaften untersucht. Dazu habe ich ein räumliches Modell benutzt, welches die Bildung von Beutetiergemeinschaften über den individuellen Aufbau von Aktionsräumen der Beutetiere simuliert. Die Einrichtung von Aktionsräumen basiert dabei auf der Nahrungsverfügbarkeit in der Landschaft und auf dem vom Beutetier wahrgenommenen Risiko von einem Räuber gefressen zu werden. Die räumliche Verteilung des wahrgenommenen Risikos wird auch als Landschaft der Angst bezeichnet. Meine Ergebnisse zeigen, dass sich die Raumnutzung und die Struktur der Beutetiergemeinschaft durch Verhaltenseffekte verändern. Unter dem Einfluss von Angst haben die Beutetiere ihre Aktionsräume in sicherere Bereiche der Landschaft verlegt. Außerdem hat sich in risikoreichen Landschaften die Vielfalt der Beutetiere verringert und die Zusammensetzung zu Arten mit einem geringen Körpergewicht verschoben. Wenn die Beutetiergemeinschaft Landschaftsveränderungen wie z.B. dem Verlust oder der Zerschneidung von Lebensraum ausgesetzt war, haben sich die Auswirkungen von Verhaltenseffekten weiter verstärkt. Durch eine Erhöhung der Größe und Anzahl von Rückzugsräumen, die nicht von Räubern erreicht werden können, sowie deren Verbindung in der Landschaft, kann die Stärke dieser Effekte jedoch begrenzt werden. In einem weiteren Schritt habe ich die Auswirkungen von Unterschieden in der Risikowahrnehmung zwischen Individuen untersucht. Diese Unterschiede haben dazu geführt, dass Tiere mit einer hohen Risikowahrnehmung sich ihren Aktionsraum vornehmlich in sicheren Bereichen gesucht haben, während Tiere mit einer geringen Risikowahrnehmung Bereiche mit einer hohen Nahrungsverfügbarkeit genutzt haben. Dadurch konnten sich in Landschaften mit unterschiedlichen Risiken, vielfältigere Beutetiergemeinschaften etablieren, als in Landschaften mit gleichmäßigem Risiko. Insgesamt geben meine Ergebnisse einen guten Überblick über die Auswirkungen von Verhaltenseffekten auf Beutetiergemeinschaften. Die Verknüpfung von individuellem Verhalten mit Mustern auf der Gemeinschaftsebene erlaubt es die zugrundeliegenden Mechanismen zu identifizieren und zu verstehen. In Bezug auf den Naturschutz unterstützen meine Ergebnisse den Ruf nach modernen Schutzmaßnahmen, die über den Erhalt von einzelnen Arten hinausgehen und den Schutz von Beziehungen zwischen Arten einbeziehen. KW - ecology KW - landscape of fear KW - predator-prey KW - movement KW - biodiversity KW - Ökologie KW - Landschaft der Angst KW - Räuber-Beute KW - Bewegung KW - Biodiversität Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-431624 ER - TY - JOUR A1 - Ghoddousi, Arash A1 - Van Cayzeele, Corinna A1 - Negahdar, Pegah A1 - Soofi, Mahmood A1 - Kh. Hamidi, Amirhossein A1 - Bleyhl, Benjamin A1 - Fandos, Guillermo A1 - Khorozyan, Igor A1 - Waltert, Matthias A1 - Kuemmerle, Tobias T1 - Understanding spatial patterns of poaching pressure using ranger logbook data to optimize future patrolling strategies JF - Ecological applications : a publication of the Ecological Society of America N2 - Poaching is driving many species toward extinction, and as a result, lowering poaching pressure is a conservation priority. This requires understanding where poaching pressure is high and which factors determine these spatial patterns. However, the cryptic and illegal nature of poaching makes this difficult. Ranger patrol data, typically recorded in protected area logbooks, contain information on patrolling efforts and poaching detection and should thus provide opportunities for a better understanding of poaching pressure. However, these data are seldom analyzed and rarely used to inform adaptive management strategies. We developed a novel approach to making use of analog logbook records to map poaching pressure and to test environmental criminology and predator-prey relationship hypotheses explaining poaching patterns. We showcase this approach for Golestan National Park in Iran, where poaching has substantially depleted ungulate populations. We digitized data from >4800 ranger patrols from 2014 to 2016 and used an occupancy modeling framework to relate poaching to (1) accessibility, (2) law enforcement, and (3) prey availability factors. Based on predicted poaching pressure and patrolling intensity, we provide suggestions for future patrol allocation strategies. Our results revealed a low probability (12%) of poacher detection during patrols. Poaching distribution was best explained by prey availability, indicating that poachers target areas with high concentrations of ungulates. Poaching pressure was estimated to be high (>0.49) in 39% of our study area. To alleviate poaching pressure, we recommend ramping up patrolling intensity in 12% of the national park, which could be achievable by reducing excess patrols in about 20% of the park. However, our results suggest that for 27% of the park, it is necessary to improve patrolling quality to increase detection probability of poaching, for example, by closing temporal patrolling gaps or expanding informant networks. Our approach illustrates that analog ranger logbooks are an untapped resource for evidence-based and adaptive planning of protected area management. Using this wealth of data can open up new avenues to better understand poaching and its determinants, to expand effectiveness assessments to the past, and, more generally, to allow for strategic conservation planning in protected areas. KW - illegal hunting KW - large herbivores KW - megafauna KW - occupancy modeling KW - patrolling optimization KW - protected area KW - rangers KW - ungulates Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1002/eap.2601 SN - 1051-0761 SN - 1939-5582 VL - 32 IS - 5 PB - Wiley CY - Hoboken ER - TY - JOUR A1 - Stone, Kate A1 - Nicenboim, Bruno A1 - Vasishth, Shravan A1 - Rösler, Frank T1 - Understanding the effects of constraint and predictability in ERP JF - Neurobiology of language N2 - Intuitively, strongly constraining contexts should lead to stronger probabilistic representations of sentences in memory. Encountering unexpected words could therefore be expected to trigger costlier shifts in these representations than expected words. However, psycholinguistic measures commonly used to study probabilistic processing, such as the N400 event-related potential (ERP) component, are sensitive to word predictability but not to contextual constraint. Some research suggests that constraint-related processing cost may be measurable via an ERP positivity following the N400, known as the anterior post-N400 positivity (PNP). The PNP is argued to reflect update of a sentence representation and to be distinct from the posterior P600, which reflects conflict detection and reanalysis. However, constraint-related PNP findings are inconsistent. We sought to conceptually replicate Federmeier et al. (2007) and Kuperberg et al. (2020), who observed that the PNP, but not the N400 or the P600, was affected by constraint at unexpected but plausible words. Using a pre-registered design and statistical approach maximising power, we demonstrated a dissociated effect of predictability and constraint: strong evidence for predictability but not constraint in the N400 window, and strong evidence for constraint but not predictability in the later window. However, the constraint effect was consistent with a P600 and not a PNP, suggesting increased conflict between a strong representation and unexpected input rather than greater update of the representation. We conclude that either a simple strong/weak constraint design is not always sufficient to elicit the PNP, or that previous PNP constraint findings could be an artifact of smaller sample size. KW - N400 KW - anterior PNP KW - posterior P600 KW - probabilistic processing KW - constraint KW - predictability KW - entropy Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1162/nol_a_00094 SN - 2641-4368 VL - 4 IS - 2 SP - 221 EP - 256 PB - MIT Press CY - Cambridge, MA, USA ER - TY - THES A1 - Weiß, Lina T1 - Understanding the emergence and maintenance of biodiversity in grasslands BT - linking individual plant responses to community patterns Y1 - 2017 ER - TY - THES A1 - Zhang, Yunming T1 - Understanding the functional specialization of poly(A) polymerases in Arabidopsis thaliana Y1 - 2018 ER - TY - THES A1 - Rodriguez Cubillos, Andres Eduardo T1 - Understanding the impact of heterozygosity on metabolism, growth and hybrid necrosis within a local Arabidopsis thaliana collection site T1 - Den Einfluss von Heterozygotie auf Stoffwechsel, Wachstum und Hybridnekrose innerhalb einer lokalen Arabidopsis thaliana-Sammelstelle verstehen N2 - Plants are unable to move away from unwanted environments and therefore have to locally adapt to changing conditions. Arabidopsis thaliana (Arabidopsis), a model organism in plant biology, has been able to rapidly colonize a wide spectrum of environments with different biotic and abiotic challenges. In recent years, natural variation in Arabidopsis has shown to be an excellent resource to study genes underlying adaptive traits and hybridization’s impact on natural diversity. Studies on Arabidopsis hybrids have provided information on the genetic basis of hybrid incompatibilities and heterosis, as well as inheritance patterns in hybrids. However, previous studies have focused mainly on global accessions and yet much remains to be known about variation happening within a local growth habitat. In my PhD, I investigated the impact of heterozygosity at a local collection site of Arabidopsis and its role in local adaptation. I focused on two different projects, both including hybrids among Arabidopsis individuals collected around Tübingen in Southern Germany. The first project sought to understand the impact of hybridization on metabolism and growth within a local Arabidopsis collection site. For this, the inheritance patterns in primary and secondary metabolism, together with rosette size of full diallel crosses among seven parents originating from Southern Germany were analyzed. In comparison to primary metabolites, compounds from secondary metabolism were more variable and showed pronounced non-additive inheritance patterns. In addition, defense metabolites, mainly glucosinolates, displayed the highest degree of variation from the midparent values and were positively correlated with a proxy for plant size. In the second project, the role of ACCELERATED CELL DEATH 6 (ACD6) in the defense response pathway of Arabidopsis necrotic hybrids was further characterized. Allelic interactions of ACD6 have been previously linked to hybrid necrosis, both among global and local Arabidopsis accessions. Hence, I characterized the early metabolic and ionic changes induced by ACD6, together with marker gene expression assays of physiological responses linked to its activation. An upregulation of simple sugars and metabolites linked to non-enzymatic antioxidants and the TCA cycle were detected, together with putrescine and acids linked to abiotic stress responses. Senescence was found to be induced earlier in necrotic hybrids and cytoplasmic calcium signaling was unaffected in response to temperature. In parallel, GFP-tagged constructs of ACD6 were developed. This work therefore gave novel insights on the role of heterozygosity in natural variation and adaptation and expanded our current knowledge on the physiological and molecular responses associated with ACD6 activation. N2 - Pflanzen sind sessile Organismen, die nicht in der Lage sind sich unerwünschten Lebensräumen zu entziehen, sodass sie sich an verschiedene Umweltbedingungen anpassen müssen. Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) als Modellorganismus der Pflanzenbiologie war in der Lage eine Vielzahl von Lebensräumen zu kolonisieren und dabei verschiedenen biotischen und abiotischen Problemen zu trotzen. Natürliche Variation in Arabidopsis hat sich in den letzten Jahren als Mittel bewährt, um Gene zu analysieren, welche für adaptive Eigenschaften und natürliche Vielfalt verantwortlich sind. Studien über Arabidopsis-Hybride haben Erkenntnisse über die genetische Basis von Hybridinkompatibilitäten, Heterosis und Vererbungsmustern von Hybriden geliefert. Jedoch haben diese sich bisher lediglich mit globalen ökotyp befasst, sodass noch viele Informationen über Variation in einem lokalen Wachstumsgebiet fehlen. In meiner Doktorarbeit habe ich den Einfluss von Heterozygotie in einer lokalen Arabidopsis-Population und deren Rolle bei der Adaption untersucht. Dabei habe ich mich auf zwei Themen fokussiert. Beide Themen beinhalteten Arabidopsis-Hybride zwischen Individuen, welche in der Region um Tübingen in Deutschland gesammelt wurden. Das erste Projekt zielte darauf ab, den Einfluss der Hybridisierung auf den Metabolismus und das Wachstum der Pflanzen in einer lokalen Arabidopsis-Population zu verstehen. Dafür wurden das Vererbungsmuster von Primär- und Sekundärmetaboliten, sowie die Rosettengröße von diallelen Kreuzungen zwischen sieben Elternpflanzen analysiert. Im Vergleich zum Primärstoffwechsel variierten Sekundärmetabolite stärker und zeigten nicht-additive Vererbungsmuster. Zusätzlich zeigten Abwehrstoffe – hauptsächlich Glukosinolate – die höchste Abweichung vom Mittelwert beider Eltern und waren in positiver Korrelation mit der Größe der Pflanzen. In dem zweiten Projekt wurde die Rolle von ACCELERATED CELL DEATH 6 (ACD6) im Abwehrsignalweg von nekrotischen Arabidopsis-Hybriden detaillierter charakterisiert. Da die genetische Interaktion zwischen ACD6-Allelen von globalen und lokalen Arabidopsis-ökotypen bereits mit Hybridnekrose verknüpft wurde, habe ich frühe Metaboliten-, Ionen- und Expressionsänderungen von Markergenen charakterisiert, welche durch die Aktivierung von ACD6 induziert wurden. Eine Erhöhung von einfachen Zuckern und Metaboliten nicht-enzymatischer Antioxidantien und dem TCA-Zyklus wurde detektiert, sowie von Putrescin und anderen Säuren abiotischer Stressantworten. Es wurde nachgewiesen, dass Seneszenz früher in nekrotischen Hybriden induziert und zytoplasmatisches Calcium-Signaling nicht durch Temperatur beeinflusst wurde. Zusätzlich wurden GFP-markierte Konstrukte von ACD6 generiert. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass diese Arbeit weitere Erkenntnisse über die Rolle von Heterozygotie in natürlicher Variation und Adaptation liefert und sie unser Wissen über die physiologischen und molekularen Veränderungen, verursacht durch die ACD6-Aktivierung, erweitert. KW - arabidopsis KW - diallel KW - nonadditive KW - inheritance KW - metabolism KW - variation KW - ACD6 KW - adaptation KW - defense KW - necrosis KW - Arabidopsis KW - Dialel KW - nicht additiv KW - Erbe KW - Stoffwechsel KW - Variation KW - ACD6 KW - Anpassung KW - Verteidigung KW - Nekrose Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-416758 ER - TY - THES A1 - Aleksandrova, Krasimira T1 - Understanding the link between obesity and colorectal cancer BT - the role of biomarkers of iflammation, immunity and metabolic dysfunction Y1 - 2020 ER - TY - JOUR A1 - Knebel, Constanze A1 - Neeb, Jannika A1 - Zahn, Elisabeth A1 - Schmidt, Flavia A1 - Carazo, Alejandro A1 - Holas, Ondej A1 - Pavek, Petr A1 - Püschel, Gerhard Paul A1 - Zanger, Ulrich M. A1 - Süssmuth, Roderich A1 - Lampen, Alfonso A1 - Marx-Stoelting, Philip A1 - Braeuning, Albert T1 - Unexpected Effects of Propiconazole, Tebuconazole, and Their Mixture on the Receptors CAR and PXR in Human Liver Cells JF - Toxicological sciences N2 - Analyzing mixture toxicity requires an in-depth understanding of the mechanisms of action of its individual components. Substances with the same target organ, same toxic effect and same mode of action (MoA) are believed to cause additive effects, whereas substances with different MoAs are assumed to act independently. Here, we tested 2 triazole fungicides, propiconazole, and tebuconazole (Te), for individual and combined effects on liver toxicity-related endpoints. Both triazoles are proposed to belong to the same cumulative assessment group and are therefore thought to display similar and additive behavior. Our data show that Te is an antagonist of the constitutive androstane receptor (CAR) in rats and humans, while propiconazole is an agonist of this receptor. Both substances activate the pregnane X-receptor (PXR) and further induce mRNA expression of CYP3A4. CYP3A4 enzyme activity, however, is inhibited by propiconazole. For common targets of PXR and CAR, the activation of PXR by Te overrides CAR inhibition. In summary, propiconazole and Te affect different hepatotoxicity-relevant cellular targets and, depending on the individual endpoint analyzed, act via similar or dissimilar mechanisms. The use of molecular data based on research in human cell systems extends the picture to refine cumulative assessment group grouping and substantially contributes to the understanding of mixture effects of chemicals in biological systems. KW - triazole fungicides KW - constitutive androstane receptor KW - pregnane X-receptor KW - enzyme induction KW - liver toxicity KW - mixtures Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1093/toxsci/kfy026 SN - 1096-6080 SN - 1096-0929 VL - 163 IS - 1 SP - 170 EP - 181 PB - Oxford Univ. Press CY - Oxford ER - TY - JOUR A1 - Pancrace, Claire A1 - Ishida, Keishi A1 - Briand, Enora A1 - Pichi, Douglas Gatte A1 - Weiz, Annika R. A1 - Guljarmow, Arthur A1 - Scalvenzi, Thibault A1 - Sassoon, Nathalie A1 - Hertweck, Christian A1 - Dittmann, Elke A1 - Gugger, Muriel T1 - Unique Biosynthetic Pathway in Bloom-Forming Cyanobacterial Genus Microcystis Jointly Assembles Cytotoxic Aeruginoguanidines and Microguanidines JF - ACS chemical biology N2 - The cyanobacterial genus Microcystis is known to produce an elaborate array of structurally unique and biologically active natural products, including hazardous cyanotoxins. Cytotoxic aeruginoguanidines represent a yet unexplored family of peptides featuring a trisubstituted benzene unit and farnesylated arginine derivatives. In this study, we aimed at assigning these compounds to a biosynthetic gene cluster by utilizing biosynthetic attributes deduced from public genomes of Microcystis and the sporadic distribution of the metabolite in axenic strains of the Pasteur Culture Collection of Cyanobacteria. By integrating genome mining with untargeted metabolomics using liquid chromatography with mass spectrometry, we linked aeruginoguanidine (AGD) to a nonribosomal peptide synthetase gene cluster and coassigned a significantly smaller product to this pathway, microguanidine (MGD), previously only reported from two Microcystis blooms. Further, a new intermediate class of compounds named microguanidine amides was uncovered, thereby further enlarging this compound family. The comparison of structurally divergent AGDs and MGDs reveals an outstanding versatility of this biosynthetic pathway and provides insights into the assembly of the two compound subfamilies. Strikingly, aeruginoguanidines and microguanidines were found to be as widespread as the hepatotoxic microcystins, but the occurrence of both toxin families appeared to be mutually exclusive. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1021/acschembio.8b00918 SN - 1554-8929 SN - 1554-8937 VL - 14 IS - 1 SP - 67 EP - 75 PB - American Chemical Society CY - Washington ER - TY - JOUR A1 - Dehm, Daniel A1 - Krumbholz, Julia A1 - Baunach, Martin A1 - Wiebach, Vincent A1 - Hinrichs, Katrin A1 - Guljamow, Arthur A1 - Tabuchi, Takeshi A1 - Jenke-Kodama, Holger A1 - Süssmuth, Roderich D. A1 - Dittmann-Thünemann, Elke T1 - Unlocking the spatial control of secondary metabolism uncovers hidden natural product diversity in nostoc punctiforme JF - ACS chemical biology N2 - Filamentous cyanobacteria belong to the most prolific producers of structurally unique and biologically active natural products, yet the majority of biosynthetic gene clusters predicted for these multicellular collectives are currently orphan. Here, we present a systems analysis of secondary metabolite gene expression in the model strain Nostoc punctiforme PCC73102 using RNA-seq and fluorescence reporter analysis. Our data demonstrate that the majority of the cryptic gene clusters are not silent but are expressed with regular or sporadic pattern. Cultivation of N. punctiforme using high-density fermentation overrules the spatial control and leads to a pronounced upregulation of more than 50% of biosynthetic gene clusters. Our data suggest that a combination of autocrine factors, a high CO2 level, and high light account for the upregulation of individual pathways. Our overarching study not only sheds light on the strategies of filamentous cyanobacteria to share the enormous metabolic burden connected with the production of specialized molecules but provides an avenue for the genome-based discovery of natural products in multicellular cyanobacteria as exemplified by the discovery of highly unusual variants of the tricyclic peptide microviridin. Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1021/acschembio.9b00240 SN - 1554-8929 SN - 1554-8937 VL - 14 IS - 6 SP - 1271 EP - 1279 PB - American Chemical Society CY - Washington ER - TY - THES A1 - Westbury, Michael V. T1 - Unraveling evolution through Next Generation Sequencing T1 - Entschlüsselung von Evolution durch Sequenzierung der nächsten Generation N2 - The sequencing of the human genome in the early 2000s led to an increased interest in cheap and fast sequencing technologies. This interest culminated in the advent of next generation sequencing (NGS). A number of different NGS platforms have arisen since then all promising to do the same thing, i.e. produce large amounts of genetic information for relatively low costs compared to more traditional methods such as Sanger sequencing. The capabilities of NGS meant that researchers were no longer bound to species for which a lot of previous work had already been done (e.g. model organisms and humans) enabling a shift in research towards more novel and diverse species of interest. This capability has greatly benefitted many fields within the biological sciences, one of which being the field of evolutionary biology. Researchers have begun to move away from the study of laboratory model organisms to wild, natural populations and species which has greatly expanded our knowledge of evolution. NGS boasts a number of benefits over more traditional sequencing approaches. The main benefit comes from the capability to generate information for drastically more loci for a fraction of the cost. This is hugely beneficial to the study of wild animals as, even when large numbers of individuals are unobtainable, the amount of data produced still allows for accurate, reliable population and species level results from a small selection of individuals. The use of NGS to study species for which little to no previous research has been carried out on and the production of novel evolutionary information and reference datasets for the greater scientific community were the focuses of this thesis. Two studies in this thesis focused on producing novel mitochondrial genomes from shotgun sequencing data through iterative mapping, bypassing the need for a close relative to serve as a reference sequence. These mitochondrial genomes were then used to infer species level relationships through phylogenetic analyses. The first of these studies involved reconstructing a complete mitochondrial genome of the bat eared fox (Otocyon megalotis). Phylogenetic analyses of the mitochondrial genome confidently placed the bat eared fox as sister to the clade consisting of the raccoon dog and true foxes within the canidae family. The next study also involved reconstructing a mitochondrial genome but in this case from the extinct Macrauchenia of South America. As this study utilised ancient DNA, it involved a lot of parameter testing, quality controls and strict thresholds to obtain a near complete mitochondrial genome devoid of contamination known to plague ancient DNA studies. Phylogenetic analyses confidently placed Macrauchenia as sister to all living representatives of Perissodactyla with a divergence time of ~66 million years ago. The third and final study of this thesis involved de novo assemblies of both nuclear and mitochondrial genomes from brown and striped hyena and focussed on demographic, genetic diversity and population genomic analyses within the brown hyena. Previous studies of the brown hyena hinted at very low levels of genomic diversity and, perhaps due to this, were unable to find any notable population structure across its range. By incorporating a large number of genetic loci, in the form of complete nuclear genomes, population structure within the brown hyena was uncovered. On top of this, genomic diversity levels were compared to a number of other species. Results showed the brown hyena to have the lowest genomic diversity out of all species included in the study which was perhaps caused by a continuous and ongoing decline in effective population size that started about one million years ago and dramatically accelerated towards the end of the Pleistocene. The studies within this thesis show the power NGS sequencing has and its utility within evolutionary biology. The most notable capabilities outlined in this thesis involve the study of species for which no reference data is available and in the production of large amounts of data, providing evolutionary answers at the species and population level that data produced using more traditional techniques simply could not. N2 - Die Sequenzierung des ersten menschlichen Genoms Anfang der 2000er Jahre förderte das Interesse an kostengünstigen und gleichzeitig schnelleren Sequenziertechniken. Dieses Interesse erreichte seinen derzeitigen Höhepunkt in der Einführung des sogenannten Next Generation Sequencings (NGS). Seitdem wurden zahlreiche NGS-Plattformen entwickelt, die alle dem gleichen Prinzip folgen, nämlich das Erzeugen großer Mengen genetischer Information zu relativ geringen Preisen verglichen mit herkömmlichen Methoden wie der Sanger-Sequenzierung. Die neue Leistungsfähigkeit von NGS bedeutete, dass Forscher nicht mehr länger an Organismen gebunden waren an denen bereits seit Jahren geforscht wurde (bspw. Modellorganismen oder der Mensch), sondern ermöglichte eine Verschiebung in Richtung neuerer und unterschiedlicher Arten von Interesse. Dieses Potential hat viele Wissenschaftsfelder positiv beeinflusst innerhalb der Biowissenschaften, u.a. das Feld der Evolutionsbiologie. Forscher haben angefangen sich zunehmend von Modellorganismen in Laboratorien wegzubewegen hinzu wildlebenden, natürlich vorkommenden Populationen und Arten, was unser Verständnis von Evolution maßgeblich erweitert hat. NGS hat mehrere Vorteile aufzuweisen gegenüber den herkömmlichen Sequenziermethoden. Der wohl größte Vorteil ist die Gewinnung genetischer Daten für mehrere Genorte (Loci) gleichzeitig zu einem Bruchteil der bisherigen Kosten. Das ist besonders nützlich für die Untersuchung wildlebender Tiere da, selbst wenn nicht ausreichend viele Individuen vorliegen, die gewonnene Menge an Daten genaue und verlässliche Ergebnisse auf Populations- sowie Artebene für eine kleine Auswahl an Individuen liefert. Die Verwendung von NGS zur Untersuchung von Arten, für die bisher wenig oder gar keine vorherigen Forschungsergebnisse vorliegen sowie die Gewinnung neuartiger Informationen im Bereich Evolution ebenso wie die Erstellung eines Referenzdatensatzes, der der wissenschaftlichen Gemeinschaft zur Verfügung gestellt werden kann, waren der Fokus dieser Arbeit. Zwei Studien in dieser Arbeit setzten ihren Fokus in der Gewinnung noch nicht publizierter, mitochondrialer Genome, die mittels iterative mapping erstellt wurden und so das Vorhandensein einer Referenzsequenz eines nahen Verwandten der untersuchten Art unnötig machten. In beiden Fällen wurden Shotgun Sequenzierungsdaten verwendet. Die so gewonnenen mitochondrialen Genome wurden dann genutzt, um innerartliche Verwandtschaftsverhältnisse mit hilfe von phylogenetischen Analysen zu klären. Die erste Studie befasste sich mit der Rekonstruktion des kompletten mitochondrialen Genoms des Löffelhundes (Otocyon megalotis). Die phylogenetische Analyse des mitochondrialen Genoms positionierten den Löffelhund sicher als Schwestergruppe der Klade bestehend aus Marderhund und echten Füchsen innerhalb der Familie Canidae. Die zweite Studie hat sich ebenfalls mit der Rekonstruktion eines mitochondrialen Genoms auseinandergesetzt, diesmal von einer bereits ausgestorbenen Art Südamerikas, dem Macrauchenia. Da diese Studie auf sehr alter DNA (ancient DNA) basiert, schließt sie viele Parametertests, Qualitätskontrollen sowie strenge Filterkriterien ein um ein fast vollständiges mitochondriales Genom erhalten zu können, frei von den für ancient DNA typischen Kontaminationen. Phylogenetische Analysen positionieren Macrauchenia als Schwestergruppe zu allen anderen lebenden Vertretern der Perissodactyla mit einer Abspaltung vor ~66 Millionen Jahren. Die dritte und letzte Studie dieser Arbeit beinhaltet die de novo Konstruktionen von nukleären und mitochondrialen Genomen der Schabracken- und Streifenhyäne mit Fokus auf demographische, genetische Diversität sowie Populationsgenomische Analysen innerhalb der Schabrackenhyänen. Vorausgehende Studien an der Schabrackenhyäne gaben Hinweise für einen geringen Grad an genomischer Diversität und, waren vielleicht deshalb, bisher nicht in der Lage eine nennenswerte Populationsstruktur der Schabrackenhyäne aufzudecken. Zusätzlich wurde die genomische Diversität mit der von einer Reihe anderer Arten verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Schabrackenhyäne die niedrigste genomische Diversität aufweist im Vergleich zu den in dieser Studie verwendeten Arten, was vielleicht mit einem kontinuierlichen und fortschreitenden Rückgang der effektiven Populationsgröße dieser Spezies zu erklären ist, der vor ca. einer Million Jahre eingesetzt hat und dramatisch zugenommen hat zum Ende des Pleistozän. Die Studien dieser Arbeit zeigen das Potential von NGS Sequenzierung und ihren Nutzen innerhalb der Evolutionsbiologie. Die nennenswertesten Anwendungen von NGS, die in dieser Arbeit hervorgehoben wurden, sind zum Einen der Nutzen für Organismen bzw. Arten für die es keine verfügbaren Referenzdaten gibt sowie zum Anderen die Gewinnung von großen Datenmengen, die die Grundlage bilden zur Beantwortung evolutionsbiologischer Fragestellungen auf Art- und Populationsebene, was vorhergegangene, traditionelle Methoden bisher nicht leisten konnten. KW - Next generation sequencing KW - Evolution KW - Hyena KW - Evolution KW - Hyäne KW - Sequenzierung der nächsten Generation Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-409981 ER - TY - GEN A1 - Hempel, Sabrina A1 - Koseska, Aneta A1 - Nikoloski, Zoran A1 - Kurths, Jürgen T1 - Unraveling gene regulatory networks from time-resolved gene expression data BT - a measures comparison study N2 - Background: Inferring regulatory interactions between genes from transcriptomics time-resolved data, yielding reverse engineered gene regulatory networks, is of paramount importance to systems biology and bioinformatics studies. Accurate methods to address this problem can ultimately provide a deeper insight into the complexity, behavior, and functions of the underlying biological systems. However, the large number of interacting genes coupled with short and often noisy time-resolved read-outs of the system renders the reverse engineering a challenging task. Therefore, the development and assessment of methods which are computationally efficient, robust against noise, applicable to short time series data, and preferably capable of reconstructing the directionality of the regulatory interactions remains a pressing research problem with valuable applications. Results: Here we perform the largest systematic analysis of a set of similarity measures and scoring schemes within the scope of the relevance network approach which are commonly used for gene regulatory network reconstruction from time series data. In addition, we define and analyze several novel measures and schemes which are particularly suitable for short transcriptomics time series. We also compare the considered 21 measures and 6 scoring schemes according to their ability to correctly reconstruct such networks from short time series data by calculating summary statistics based on the corresponding specificity and sensitivity. Our results demonstrate that rank and symbol based measures have the highest performance in inferring regulatory interactions. In addition, the proposed scoring scheme by asymmetric weighting has shown to be valuable in reducing the number of false positive interactions. On the other hand, Granger causality as well as information-theoretic measures, frequently used in inference of regulatory networks, show low performance on the short time series analyzed in this study. Conclusions: Our study is intended to serve as a guide for choosing a particular combination of similarity measures and scoring schemes suitable for reconstruction of gene regulatory networks from short time series data. We show that further improvement of algorithms for reverse engineering can be obtained if one considers measures that are rooted in the study of symbolic dynamics or ranks, in contrast to the application of common similarity measures which do not consider the temporal character of the employed data. Moreover, we establish that the asymmetric weighting scoring scheme together with symbol based measures (for low noise level) and rank based measures (for high noise level) are the most suitable choices. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 371 KW - unferring cellular networks KW - mutual information KW - Escherichia-coli KW - cluster-analysis KW - series KW - algorithms KW - inference KW - models KW - recognition KW - variables Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-400924 ER - TY - JOUR A1 - de Abreu e Lima, Francisco Anastacio A1 - Li, Kun A1 - Wen, Weiwei A1 - Yan, Jianbing A1 - Nikoloski, Zoran A1 - Willmitzer, Lothar A1 - Brotman, Yariv T1 - Unraveling lipid metabolism in maize with time-resolved multi-omics data JF - The plant journal N2 - Maize is the cereal crop with the highest production worldwide, and its oil is a key energy resource. Improving the quantity and quality of maize oil requires a better understanding of lipid metabolism. To predict the function of maize genes involved in lipid biosynthesis, we assembled transcriptomic and lipidomic data sets from leaves of B73 and the high-oil line By804 in two distinct time-series experiments. The integrative analysis based on high-dimensional regularized regression yielded lipid-transcript associations indirectly validated by Gene Ontology and promoter motif enrichment analyses. The co-localization of lipid-transcript associations using the genetic mapping of lipid traits in leaves and seedlings of a B73 x By804 recombinant inbred line population uncovered 323 genes involved in the metabolism of phospholipids, galactolipids, sulfolipids and glycerolipids. The resulting association network further supported the involvement of 50 gene candidates in modulating levels of representatives from multiple acyl-lipid classes. Therefore, the proposed approach provides high-confidence candidates for experimental testing in maize and model plant species. KW - Zea mays KW - lipid metabolism KW - omics KW - GFLASSO KW - QTL Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1111/tpj.13833 SN - 0960-7412 SN - 1365-313X VL - 93 IS - 6 SP - 1102 EP - 1115 PB - Wiley CY - Hoboken ER - TY - JOUR A1 - Tarazona, Natalia A. A1 - Machatschek, Rainhard Gabriel A1 - Lendlein, Andreas T1 - Unraveling the interplay between abiotic hydrolytic degradation and crystallization of bacterial polyesters comprising short and medium side-chain-length Polyhydroxyalkanoates JF - Biomacromolecules : an interdisciplinary journal focused at the interface of polymer science and the biological sciences N2 - Polyhydroxyalkanoates (PHAs) have attracted attention as degradable (co)polyesters which can be produced by microorganisms with variations in the side chain. This structural variation influences not only the thermomechanical properties of the material but also its degradation behavior. Here, we used Langmuir monolayers at the air-water (A-W) interface as suitable models for evaluating the abiotic degradation of two PHAs with different side-chain lengths and crystallinity. By controlling the polymer state (semi crystalline, amorphous), the packing density, the pH, and the degradation mechanism, we could draw several significant conclusions. (i) The maximum degree of crystallinity for a PHA film to be efficiently degraded up to pH = 12.3 is 40%. (ii) PHA made of repeating units with shorter side-chain length are more easily hydrolyzed under alkaline conditions. The efficiency of alkaline hydrolysis decreased by about 65% when the polymer was 40% crystalline. (iii) In PHA films with a relatively high initial crystallinity, abiotic degradation initiated a chemicrystallization phenomenon, detected as an increase in the storage modulus (E'). This could translate into an increase in brittleness and reduction in the material degradability. Finally, we demonstrate the stability of the measurement system for long-term experiments, which allows degradation conditions for polymers that could closely simulate real-time degradation. Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1021/acs.biomac.9b01458 SN - 1525-7797 SN - 1526-4602 VL - 21 IS - 2 SP - 761 EP - 771 PB - American Chemical Society CY - Washington ER - TY - THES A1 - Matallana-Ramírez, Lilian Paola T1 - Unraveling the ORE1 regulon in Arabidopsis thaliana : molecular and functional characterization of up- and down-stream components T1 - Aufklärung des ORE1-Regulationsnetzwerks in Arabidopsis thaliana : molekulare und funktionelle Charakterisierung von Über- und untergeordneten Komponenten N2 - Leaf senescence is an active process required for plant survival, and it is flexibly controlled, allowing plant adaptation to environmental conditions. Although senescence is largely an age-dependent process, it can be triggered by environmental signals and stresses. Leaf senescence coordinates the breakdown and turnover of many cellular components, allowing a massive remobilization and recycling of nutrients from senescing tissues to other organs (e.g., young leaves, roots, and seeds), thus enhancing the fitness of the plant. Such metabolic coordination requires a tight regulation of gene expression. One important mechanism for the regulation of gene expression is at the transcriptional level via transcription factors (TFs). The NAC TF family (NAM, ATAF, CUC) includes various members that show elevated expression during senescence, including ORE1 (ANAC092/AtNAC2) among others. ORE1 was first reported in a screen for mutants with delayed senescence (oresara1, 2, 3, and 11). It was named after the Korean word “oresara,” meaning “long-living,” and abbreviated to ORE1, 2, 3, and 11, respectively. Although the pivotal role of ORE1 in controlling leaf senescence has recently been demonstrated, the underlying molecular mechanisms and the pathways it regulates are still poorly understood. To unravel the signaling cascade through which ORE1 exerts its function, we analyzed particular features of regulatory pathways up-stream and down-stream of ORE1. We identified characteristic spatial and temporal expression patterns of ORE1 that are conserved in Arabidopsis thaliana and Nicotiana tabacum and that link ORE1 expression to senescence as well as to salt stress. We proved that ORE1 positively regulates natural and dark-induced senescence. Molecular characterization of the ORE1 promoter in silico and experimentally suggested a role of the 5’UTR in mediating ORE1 expression. ORE1 is a putative substrate of a calcium-dependent protein kinase named CKOR (unpublished data). Promising data revealed a positive regulation of putative ORE1 targets by CKOR, suggesting the phosphorylation of ORE1 as a requirement for its regulation. Additionally, as part of the ORE1 up-stream regulatory pathway, we identified the NAC TF ATAF1 which was able to transactivate the ORE1 promoter in vivo. Expression studies using chemically inducible ORE1 overexpression lines and transactivation assays employing leaf mesophyll cell protoplasts provided information on target genes whose expression was rapidly induced upon ORE1 induction. First, a set of target genes was established and referred to as early responding in the ORE1 regulatory network. The consensus binding site (BS) of ORE1 was characterized. Analysis of some putative targets revealed the presence of ORE1 BSs in their promoters and the in vitro and in vivo binding of ORE1 to their promoters. Among these putative target genes, BIFUNCTIONAL NUCLEASE I (BFN1) and VND-Interacting2 (VNI2) were further characterized. The expression of BFN1 was found to be dependent on the presence of ORE1. Our results provide convincing data which support a role for BFN1 as a direct target of ORE1. Characterization of VNI2 in age-dependent and stress-induced senescence revealed ORE1 as a key up-stream regulator since it can bind and activate VNI2 expression in vivo and in vitro. Furthermore, VNI2 was able to promote or delay senescence depending on the presence of an activation domain located in its C-terminal region. The plasticity of this gene might include alternative splicing (AS) to regulate its function in different organs and at different developmental stages, particularly during senescence. A model is proposed on the molecular mechanism governing the dual role of VNI2 during senescence. N2 - Der Alterungsprozess lebender Organismen wird seit vielen Jahren wissenschaftlich untersucht. In Pflanzen wird der Alterungsprozess Seneszenz genannt. Er ist für das Überleben der Pflanze von großer Bedeutung. Dennoch ist unser Wissen über die molekularen Mechanismen der Blattseneszenz, dessen komplexe Steuerung und die Wechselwirkungen mit Umweltsignale noch sehr limitiert. Ein wichtiges Steuerungselement besteht in der Aktivierung bestimmter Transkriptionsfaktoren (TFs) die während der Seneszenz unterschiedlich exprimiert werden. Aus der Literatur ist bekannt, dass Mitglieder der NAC TF Familie (NAM/ATAF/CUC) an der Regulation der Seneszenz bei Pflanzen beteiligt sind. ORE1 (ANAC092/AtNAC2), ein NAC TF mit erhöhter Genexpression während der Seneszenz, wurde erstmals in Mutanten mit verzögerte Seneszenz beschrieben, die molekularen Mechanismen, wie ORE1 die Seneszenz kontrolliert und die Stoffwechselwege reguliert, sind aber noch weitgehend unbekannt. Die Arbeiten im Rahmen dieser Dissertation wurden durchgeführt, um einen tieferen Einblick in die Regulationsmechanismen von ORE1 auf natürliche, dunkel induzierte sowie Salzstress-induzierte Seneszenz zu erhalten. Ergebnisse von Untersuchungen an zwei unterschiedlichen Pflanzenspezies (Arabidopsis thalinana und Nicotiana tabacum) deuten auf ein ähnliches Expressionsmuster von ORE1 während der natürlichen als auch der Salz-induzierten Seneszenz hin. In der Promotorregion von ORE1 wurde ein für natürliche Seneszenz charakteristisches Muster identifiziert. In vivo Analysen ergaben darüber hinaus. Hinweise auf zwei weitere ORE1 Regulatoren. Debei handelt es sich umeinen weiteren NAC TF (ATAF1) und (ii) CKOR, einer Calcium-abhängige Protein-Kinase (CDPK).In weiteren Studien wurden sechs Gene identifiziert, die durch ORE1 reguliert werden. In den Promotoren dieser Gene wurden entsprechende Bindestellen für ORE1 lokalisiert. Die ORE1-Bindung an die Promotoren wurde daraufhin sowohl in vitro als auch in vivo verifiziert. Zwei dieser Gene, die BIFUNCTIONAL Nuclease I (BFNI) und VND-Interacting2 (VNI2), wurden zudem auf molekularer und physiologischer Ebene untersucht. KW - Blattalterung KW - Transkriptionsfaktor KW - Regulationsweg KW - Leaf senescence KW - transcription factor KW - regulatory pathway Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-62646 ER - TY - THES A1 - Sedaghatmehr, Mastoureh T1 - Unraveling the regulatory mechanisms of heat stress memory in Arabidopsis thaliana Y1 - 2017 ER - TY - THES A1 - Nguyen, Van Thanh T1 - Unravelling the mysteries of the Annamites BT - First insights in ecology, distribution, and genetic diversity of Annamite mammals N2 - The Annamites mountain range of Southeast Asia which runs along the border of Viet Nam and Laos is an important biodiversity hotspot with high levels of endemism. However, that biodiversity is threatened by unsustainable hunting, and many protected areas across the region have been emptied of their wildlife. To better protect the unique species in the Annamites, it is crucial to have a better understanding of their ecology and distribution. Additionally, basic genetic information is needed to provide conservation stakeholders with essential information to facilitate conservation breeding and counteract the illegal wildlife trade. To date, this baseline information is lacking for many Annamites species. This thesis aims to assess the effectiveness of using non-invasive collection methods, i.e. camera-trap surveys and leech-derived wildlife host DNA, in order to improve and enhance our understanding of ecology, distribution, and genetic diversity of the Annamites terrestrial mammals. In chapter 1, we analysed data from a systematic landscape camera-trap survey using single-species occupancy models to assess the ecology and distribution of two little-known Annamite endemics, the Annamite dark muntjac (Muntiacus rooseveltorum / truongsonensis) and Annamite striped rabbit (Nesolagus timminsi), in multiple protected areas across the Annamites. This chapter provided the first in-depth information on their ecology, as well as distribution patterns at large spatial scales. Most notably, we found that the Annamite dark muntjac was predominantly found at higher elevations, while responses to elevation varied among study areas for the Annamite striped rabbit. We estimated occupancy probabilities for both endemics by using their responses to environmental and anthropogenic influences and used this information to make recommendations for targeted conservation actions. We discuss how the approach we used for these two Annamites endemics can be expanded for other little-known and threatened species in other tropical regions. As is the case with ecology and distribution, very little is known about the genetic diversity of the Annamite striped rabbit and other mammals of the Annamites. This poor understanding is mainly attributed to the lack of a comprehensive DNA sample collection that covers the species’ entire distribution range, which is believed to be a consequence of the low density of mammals or the remoteness of species’ habitat. In order to overcome the difficulties when trying to collect DNA samples from elusive mammals, we applied invertebrate-derived DNA (iDNA) sampling via hematophagous leeches to indirectly obtain genetic materials of their terrestrial host mammals. In chapter 2, leech-derived DNA was used to study the genetic diversity of the Annamite striped rabbit population. By analysing the DNA extracted from leech samples collected at multiple study areas of the central Annamites, we found a genetic variation with five haplotypes among nine obtained sequences. Despite this diversity, we found no clear phylogeographic pattern among the lagomorph’s populations in central Annamites. The findings have direct conservation implications for the species, as local stakeholders are currently establishing a conservation rescue and breeding facility for Annamite endemic species. Thus our results suggested that Annamite striped rabbits from multiple protected areas in central Annamites can be used as founders for the breeding program. In chapter 3, the genetic material of six mammals, which are frequently found in Indochina's illegal wildlife trade, was extracted from leeches collected at six study sites across the Anamites. Species-specific genetic markers were used to obtain DNA fragments that were analysed together with Genbank reference sequences from other parts of the species’ distribution range. Our results showed that invertebrate-derived DNA can be used to fill the sampling gaps and provide genetic reference data that is needed for conservation breeding programmes or to counteract the illegal wildlife trade. Overal, this dissertation provides the first insights in the ecology, distribution, and genetics of rare and threatened species of the Annamites by utilising camera traps and leech-derived DNA as two non-invasive collection methods. This information is essential for improving conservation efforts of local stakeholders and managers, especially for the Annamite endemics. Results in this dissertation also show the effectiveness of both non-invasive methods for studying terrestrial mammals at a landscape level. By expanding the application of these methods to other protected areas across the Annamites, we will further our understanding of ecology, distribution, and genetics of Annamite endemics. With such landscape-scale surveys, we are able to provide stakeholders with an overview of the current status of wildlife in the Annamites which supports efforts to protect these secretive species from illegal hunting and thus their extinction. KW - Annamites KW - threatened KW - animal KW - camera-trap KW - occupancy Y1 - 2022 ER - TY - THES A1 - Shahnejat-Bushehri, Sara T1 - Unravelling the role of the Arabidopsis NAC transcription factor JUNGBRUNNEN1 (JUB1) for the regulation of growth and stress responses Y1 - 2016 ER - TY - THES A1 - Schmidt, Antje T1 - Untersuchung des Recyclings Kaede-fusionierter Corticotropin-Releasing-Factor Rezeptoren Typ 1 T1 - Use of Kaede-Fusions to Visualize Recycling of the Corticotropin-Releasing Factor Receptor Type 1 N2 - Aktivierte G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCR) werden schnell desensitisiert, internalisiert und anschließend entweder lysosomal degradiert oder zur Plasmamembran (PM) recycelt. Zur Resensitisierung der Zellen tragen neben recycelten auch neusynthetisierte Rezeptoren bei. Die Überlagerung beider Prozesse erschwert die Untersuchung des Rezeptorrecyclings. In dieser Arbeit sollte mit Hilfe des photokonvertierbaren Fluoreszenzproteins Kaede eine Technik entwickelt werden, mit der es möglich ist Recycling- von Neusyntheseprozessen zu trennen und das Recycling von GPCR mikroskopisch in Echtzeit zu beobachten. Als Modellproteine wurden der Vasopressin-1a-Rezeptor V1aR (recycelnder Rezeptor), der Vasopressin-2-Rezeptor V2R (degradierter Rezeptor) und der Corticotropin-Releasing Factor-Rezeptor Typ 1 (CRF1R) verwendet, wobei bei Letzterem untersucht werden sollte, ob er nach Stimulation zur PM zurücktransportiert wird. Da Kaede als fluoreszierendes Protein mit den GPCR fusioniert wird, wurde zunächst überprüft, ob es die Eigenschaften der Rezeptoren verändert und generell für Transportstudien geeignet ist. Eventuell könnte die bereits publizierte Tetramerisierung von Kaede seine Anwendung verhindern oder erschweren. Mittels Fluoreszenz-Korrelationsspektroskopie konnte gezeigt werden, dass Kaede nicht tetramerisiert, wenn es an ein Membranprotein fusioniert ist. Außerdem konnte in in vitro- und Zellkulturexperimenten belegt werden, dass die native und die photokonvertierte Form von Kaede gleichermaßen stabil sind. Darüber hinaus zeigten Kaede-fusionierte GPCR sowohl in Kolokalisationsstudien als auch in Agonistbindungs- und Rezeptoraktivierungsexperimenten die gleichen Eigenschaften wie CFP- bzw. die unfusionierte Rezeptoren. Lediglich die Expression der Kaede-fusionierten Rezeptoren war geringer. Parallel wurde anhand der bereits publizierten Kaede-Struktur versucht, die Tetramerisierung des Proteins durch den Austausch interagierender Aminosäuren zu unterbinden. Die eingeführten Mutationen bewirkten aber eine Fehlfaltung des Proteins und damit den Verlust der Fluoreszenz. Da zuvor gezeigt werden konnte, dass Kaede-fusionierte Membranproteine nicht tetramerisieren und nicht die Eigenschaften der fusionierten Proteine verändern, war monomerisiertes Kaede zur Untersuchung des Rezeptorrecyclings nicht notwendig. Im zweiten Teil der Arbeit wurde mit Hilfe von Kaede-Fusionsproteinen und mikroskopischer Testsysteme das noch unbekannte Recyclingverhalten des CRF1R untersucht. Hierfür wurden die Kaede-fusionierten Rezeptoren in eukaryotischen Zellen exprimiert und mit Agonisten internalisiert. Die internalisierten Rezeptoren wurden in Endosomen selektiv mit UV-Strahlung photokonvertiert. Anschließend wurde der Transport der photokonvertierten Form verfolgt. Sowohl beim CRF1R als auch beim V1aR wurden Signale in der PM detektiert, beim V2R hingegen nicht. Dies zeigt, dass es sich beim CRF1R um einen recycelnden Rezeptor handelt. Die als Kontrolle eingesetzten Rezeptoren verhielten sich in diesem Experiment wie erwartet: Der V1aR wurde zur PM zurücktransportiert, der V2R nicht. Diese Ergebnisse konnten mit Hilfe biochemischer und durchflusscytometrischer Experimente bestätigt werden. Die Internalisierung des CRF1R verläuft Clathrin-vermittelt in Anwesenheit von β-Arrestin. Je nach Stabilität der β Arrestin-Interaktion unterscheidet man zwei Klassen von Rezeptoren: Klasse A-Rezeptoren interagieren transient mit β Arrestin und können recyceln. Im Gegensatz dazu gehen Klasse B-Rezeptoren eine stabile Interaktion mit β Arrestin ein und werden nach Internalisierung degradiert. In mikroskopischen Untersuchungen konnte für die aktivierten CRF1R und V1aR eine Rekrutierung von β Arrestin zur PM und eine transiente Interaktion mit β Arrestin gezeigt werden (Klasse A-Rezeptoren). Für den V2R wurde dagegen eine stabile Interaktion mit β Arrestin beobachtet (Klasse B-Rezeptor). Diese Daten stützen die Ergebnisse des Kaede-basierten Recyclingversuchs und zeigen, dass der CRF1R ein recycelnder Rezeptor ist. Ferner wurde untersucht, ob der CRF1R zu den schnell oder langsam recycelnden Rezeptoren zählt. Schnell recycelnde Rezeptoren werden direkt aus frühen Endosomen, langsam recycelnde hingegen über das Trans-Golgi-Netzwerk (TGN) bzw. über Recycling-Endosomen zur PM transportiert. Als Marker für das TGN oder die Recycling-Endosomen wurde Rab11 verwendet. In Kolokalisationsstudien konnte gezeigt werden, dass der CRF1R den langsam recycelnden Rezeptoren zugeordnet werden kann. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit belegt werden, dass Kaede als Fusionspartner für Membranproteine genutzt werden kann um deren Transport in Echtzeit zu studieren. Damit wurde erstmals eine mikroskopische Methode etabliert, die es erlaubt recycelnde von neusynthetisierten Rezeptoren zu unterscheiden. Mit Hilfe dieser Methode war es möglich zu zeigen, dass der CRF1R ein recycelnder Rezeptor ist. N2 - Upon ligand binding and receptor activation, G protein-coupled receptors (GPCR) are rapidly desensitized, internalized and subsequently degraded in lysosomes or recycled back to the plasma membrane. Resensitization of the cell is enabled by both recycling receptors and newly synthesized receptors. The overlap of recycling and synthesis processes largely complicates the study of GPCR recycling mechanisms. One aim of this thesis was to develop a new microscopic technique for real-time visualization of GPCR recycling using the photoconvertible Kaede protein allowing to differentiate newly synthesized from recycling receptors. As model proteins, the V1aR (recycling receptor), the V2R (degraded receptor) and the CRF1R were used. In the case of the CRF1R, it was unknown whether this receptor recycles to the plasma membrane following agonist-promoted internalization. The study of the CRF1R recycling behaviour was another objective of this work. As the Kaede protein is fused C-terminally to the GPCRs, an influence on the pharmacological and trafficking properties of the receptors must be excluded. The previously published tetramerization of Kaede, for example, might hinder or even prevent its usability. To assess for the applicability of Kaede, fluorescence correlation spectroscopy experiments were performed and it was demonstrated that Kaede fused to membrane proteins cannot form tetramers in contrast to the soluble form. In vitro studies and experiments in cell culture revealed that both the native and the photoconverted Kaede are equally stable. Moreover Kaede-fused GPCR displayed the same pharmacological and trafficking properties as the untagged or CFP-tagged receptors. Only the expression levels of the Kaede fusion proteins were reduced, yet this did not affect the microscopic experiments. In parallel to these experiments, the interacting amino acids of the tetrameric Kaede were substituted according to the previously published crystal structure of the protein. Unfortunately, these mutations induced protein misfolding thereby causing loss of fluorescence functions. However, since it could be shown that membrane protein-fused Kaede cannot tetramerize, the monomerized Kaede was no more essential for the microscopic study of receptor recycling. In the second part of this work, Kaede-fusions were used to study the recycling behaviour of the CRF1R and the V1aR and V2R control proteins by the novel real-time recycling assay at the laser scanning microscope. To this end, HEK 293 cells expressing the Kaede-fused receptors were treated with agonist to induce receptor internalization. Internalized receptors were selectively photoconverted in endosomes using UV-irradiation and the subcellular fate of the new fluorescence signals was studied. In the case of the CRF1R, signals of the photoconverted receptors could be detected in the plasma membrane indicating that the CRF1R belongs to the family of recycling receptors. The control receptors showed the expected results: The V1aR recycled back to the plasma membrane whereas the V2R did not. These results were confirmed with biochemical and flow cytometry measurements. The CRF1R internalizes in a clathrin-dependent way via the adaptor protein AP2, dynamin and β arrestin. Depending on the stability of the resulting receptor-β-arrestin-complex, two classes of receptors can be differentiated. Class A receptors are recycling receptors undergoing a more transient β-arrestin interaction. In contrast, class B receptors stably interact with β-arrestin and are degraded after internalization. In the case of the CRF1R and V1aR, microscopic analyzes demonstrated that β arrestin transiently interacts with the stimulated CRF1R and V1aR indicating again that these receptors are recycling GPCRs (class A receptors). The V2R, in contrast, revealed a stable interaction (class B receptor). Moreover, it was studied whether the CRF1R recycles rapidly or more slowly to the plasma membrane. Rapidly recycling receptors are recruited out of early endosomes whereas slowly recycling receptors pass the trans-golgi-network or recycling endosomes before reaching the cell surface. Rab11 colocalization studies demonstrated that the CRF1R belongs to the family of slowly recycling receptors. In conclusion, a novel microscopic technique was established allowing to study GPCR recycling in real-time and to differentiate recycling and synthesis processes. Moreover, it was shown that the CRF1R belongs to the family of recycling receptors. The Kaede technique seems to be very well suited to study membrane protein trafficking in general. KW - Corticotropin-Releasing Factor Rezeptor Typ 1 KW - Recycling KW - GPCR KW - Kaede KW - Corticotropin-Releasing Factor Receptor Type 1 KW - Recycling KW - GPCR KW - Kaede Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-34902 ER - TY - THES A1 - Machowetz, Anja T1 - Untersuchung kardioprotektiver Wirkungen des Olivenöles und seiner phenolischen Komponenten in einer Gruppe gesunder deutscher Männer T1 - Cardioprotective effects of olive oil and its phenolic compounds in healthy German men N2 - "Untersuchung kardioprotektiver Wirkungen des Olivenöles und seiner phenolischen Komponenten in einer Gruppe gesunder deutscher Männer" EINLEITUNG: Epidemiologische Daten belegen, dass die mediterrane Ernährung mit einer niedrigen Inzidenz an mit oxidativen Stress assoziierten kardiovaskulären Erkrankungen einhergeht. Dabei wird vor allem dem Olivenöl, als Hauptfettlieferant in der mediterranen Ernährung, eine kardioprotektive Wirkung zugesprochen. Olivenöl zeichnet sich neben dem hohen Gehalt an einfach ungesättigten Fettsäuren (MUFA) durch ein reichhaltiges Spektrum an phenolischen Verbindungen aus, deren antioxidative Wirkung bereits zahlreichen in in vitro Studien beschrieben wurde. Demnach könnte der Verzehr von phenolreichem Olivenöl auch in vivo vor oxidativen Schädigungen schützen und somit das Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen senken. ZIELSTELLUNG: Untersuchung der kardioprotektiven Wirkung von Olivenöl und seiner phenolischen Komponenten in einer Gruppe gesunder deutscher Männer. METHODE: Dazu wurde eine randomisierte cross-over doppelt-verblindete Interventionsstudie an 70 gesunden Männern zwischen 20 - 60 Jahren im Raum Berlin-Brandenburg durchgeführt. In jeweils drei dreiwöchigen Interventionsphasen konsumierten die Probanden täglich 25 ml natives (phenolreich), gemischtes (mittlerer Phenolgehalt) und raffiniertes (annähernd phenolfrei) Olivenöl, was sich ausschließlich im Gehalt an phenolischen Verbindungen unterschied. Das Olivenöl sollte dabei die gewöhnlich verzehrten Fette ersetzen. Die Interventionsphasen waren durch zweiwöchige Wash out-Phasen unterbrochen. Die Erhebung der Blutlipide, Biomarker der Lipidperoxidation und endogene Antioxidantien erfolgte zu Studienbeginn sowie zu Beginn und Ende jeder Verzehrsperiode.ERGEBNISSE: Bei den Blutlipiden sowie den Biomarkern der Lipidperoxidation und den endogenen Antioxidantien konnte keine signifikante Veränderung in Abhängigkeit vom Phenolgehalt der applizierten Olivenöle nachgewiesen werden. Einzig die Glutathion-Reduktase-Aktivität stieg mit zunehmendem Gehalt an phenolischen Verbindungen (pTrend = 0,041). Unabhängig von der Konzentration der Phenole im Olivenöl wurde bei den Probanden durch den Olivenölverzehr eine Senkung von Gesamtcholesterol (p = 0,007) und Triglyzeride (p = 0,013) im Serum erzielt. Diese Wirkung geht einher mit einem gestiegenen MUFA-Anteil in der Ernährung aufgrund des Olivenölkonsums (p < 0,001). SCHLUSSFOLGERUNG: Die Hypothese, dass die Phenole im Olivenöl aufgrund ihrer in in vitro und Tierstudien beschriebenen antioxidativen Wirkung dem Olivenöl neben dem einzigartigen Fettsäureprofil eine zusätzliche kardioprotektive Wirkung bescheren, konnte in der vorliegenden Studie nicht gezeigt werden. Dennoch konnte durch den Olivenölverzehr und der damit einhergehenden Erhöhung des MUFA-Anteils in der Ernährung eine vorteilhafte Beeinflussung der Blutlipide erzielt werden. Obgleich Olivenöl nicht das vorwiegend verzehrte Fett in Deutschland darstellt, zeigten die befragten Probanden eine hohe Akzeptanz. Folglich könnte die Integration von Olivenöl in die habituelle Ernährung einen Beitrag zur Senkung des kardiovaskulären Erkrankungsrisikos leisten. N2 - "Cardioprotective effects of olive oil and its phenolic compounds in healthy German men" BACKGROUND: Epidemiological data show that the Mediterranean diet is related to a low incidence of oxidative stress associated cardiovascular diseases. In particular, olive oil, which is the most consumed alimentary fat in the Mediterranean diet, is discussed to be cardio protective. Besides its high monounsaturated fatty acid content olive oil contains a remarkable amount of phenolic compounds. Results from in vitro and animal studies suggest that these phenols are powerful antioxidants. Thus, consumption of olive oil phenols also could inhibit oxidative damage in vivo and therefore could reduce the risk of cardiovascular diseases. OBJECTIVE: To investigate the cardioprotective effect of olive oil and its phenolic compounds in healthy German men. METHODS: Therefore, a randomised, cross-over, double-blind intervention trial in 70 healthy men aged 20 - 60 years from the Berlin-Brandenburg area was conducted. Subjects were randomised for three periods of three weeks to replace their usually consumed fat by daily 25 ml of virgin (high-phenolic), common (medium-phenolic) and refined (low-phenolic) olive oil, which vary only in their content of phenolic compounds. Each intervention was separated by a two-week wash-out period. Blood lipids, lipid peroxidation biomarker and endogenous antioxidants were assessed at study baseline and the beginning and end of each intervention period. RESULTS: In the total study population, blood lipids, biomarker of lipid peroxidation and endogenous antioxidants were not affected by the phenolic content of the olive oils administered. Solely, a concentration-dependent increase in glutathion-reductase activity could be observed (pTrend = 0.041). A significant reduction in serum total cholesterol (p = 0.007) and triglycerides (p = 0.013) after of olive oil consumption was assessed, which was independent from the content of phenolic compounds in the olive oil. This effect goes along with an increased monounsaturated fatty acids proportion in the habitual diet of the subjects as a result of the olive oil consumption (p < 0.001). CONCLUSION: The hypothesis, that phenolic compounds in olive oil due to its antioxidative properties reported in in vitro and animal studies provide additional cardioprotective effects besides those attributed to its unique fatty acids profile could not be supported by this study. However, olive oil consumption exert beneficial effects on blood lipids, which could be ascribed to the increased monounsaturated fatty acid content in the diet. Even though olive oil is not the main source of fat in Germany, the interviewed participants showed a high acceptance. Thus, integration of olive oil into the habitual diet could contribute to a risk reduction in cardiovascular diseases among German men. KW - Olivenöl KW - Phenole KW - Kontrollierte klinische Studie KW - Kardiovaskuläre Krankheit KW - Oxidativer Stress KW - mediterrane Ernährung KW - Mediterranean Diet Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-10432 ER - TY - THES A1 - Uhlig, Katja T1 - Untersuchungen PEG-basierter thermo-responsiver Polymeroberflächen zur Steuerung der Zelladhäsion T1 - Analysis of PEG-based thermo-responsive polymer surfaces to control cell adhesion N2 - Moderne Methoden für die Einzelzellanalyse werden dank der fortschreitenden Weiterentwicklung immer sensitiver. Dabei steigen jedoch auch die Anforderungen an das Probenmaterial. Viele Aufbereitungsprotokolle adhärenter Zellen beinhalten eine enzymatische Spaltung der Oberflächenproteine, um die Ablösung vom Zellkultursubstrat zu ermöglichen. Verschiedene Methoden, wie die Patch-Clamp-Technik oder eine auf der Markierung extrazellulärer Domänen von Membranproteinen basierende Durchflusszytometrie können dann nur noch eingeschränkt eingesetzt werden. Daher ist die Etablierung neuer Zellablösemethoden dringend notwendig. In der vorliegenden Arbeit werden erstmals PEG-basierte thermo-responsive Oberflächen erfolgreich für die Zellkultur eingesetzt. Dabei wird das zerstörungsfreie Ablösen verschiedener Zelllinien von den Oberflächen durch Temperatursenkung realisiert. Die Funktionalität der Oberflächen wird durch Variation der Polymerstruktur, sowie der Konzentration der Beschichtungslösung, durch Beschichtung der Oberflächen mit einem zelladhäsionsfördernden Protein (Fibronektin) und durch Adsorption zelladhäsionsvermittelnder Peptide (RGD) optimiert. Um den Zellablösungsprozess detaillierter zu untersuchen, wird hier zum ersten Mal der direkte Zellkontakt mit thermo-responsiven Oberflächen mittels oberflächensensitiver Mikroskopie (TIRAF) sichtbar gemacht. Mit dieser Technik sind die exakte Quantifizierung und die Analyse der Reduktion der Zelladhäsionsfläche während des Abkühlens möglich. Hierbei werden in Abhängigkeit von der Zelllinie Unterschiede im Zellverhalten während des Ablösens festgestellt: Zellen, wie eine Brustkrebszelllinie und eine Ovarzelllinie, die bekanntermaßen stärker mit ihrer Umgebung in Kontakt treten, vergrößern im Verlauf des Beobachtungszeitraumes den Abstand zwischen Zellmembran und Oberfläche, reduzieren jedoch ihre Zell-Substratkontaktfläche kaum. Mausfibroblasten hingegen verkleinern drastisch die Zelladhäsionsfläche. Der Ablösungsprozess wird vermutlich aktiv von den Zellen gesteuert. Diese Annahme wird durch zwei Beobachtungen gestützt: Erstens verläuft die Reduktion der Zelladhäsionsfläche bei Einschränkung des Zellmetabolismus durch eine Temperatursenkung auf 4 °C verzögert. Zweitens hinterlassen die Zellen Spuren, die nach dem Ablösen der Zellen auf den Oberflächen zurückbleiben. Mittels Kombination von TIRAF- und TIRF-Mikroskopie werden die Zelladhäsionsfläche und die Aktinstruktur gleichzeitig beobachtet. Die Verknüpfung beider Methoden stellt eine neue Möglichkeit dar, intrazelluläre Prozesse mit der Zellablösung von thermo-responsiven Oberflächen zu korrelieren. N2 - Modern methods for single-cell analysis are becoming increasingly sensitive. At the same time, requirements for the sample material are on the rise. Today, sample preparation of adherent cells usually includes steps of enzymatic treatment to digest surface proteins thus, inducing cell detachment from culture substrates. This strongly limits the application of different techniques like patch clamp or labelling of extracellular domains of membrane proteins for flow cytometry. Therefore, a new cell detachment method is urgently required. In the present work, new PEG-based thermo-responsive polymers are used for cell culture for the first time. Here, non-destructive detachment of different cell lines from polymer-coated surfaces is realised by controlled temperature reduction. The surface functionality is systematically optimised by varying the concentration of the coating solutions, by artificial surface coating of a cell adhesion-mediating protein (fibronectin) and by co-adsorption of a cell adhesion-mediating peptide (RGD). For detailed analysis of the cell detachment process, TIRF microscopy is used to directly visualise the cell contacts on the thermo-responsive surfaces. Using this technique allows both the quantification and analysis of the reduction of the cell adhesion area during sample cooling. Furthermore, for several cell lines, different behaviours in cell detachment are observed. Cells that have close contact to their substrate like MCF-7 breast cancer cell line and CHO-K1 ovary cells increase the distance between cell membrane and surface, but there is only little decrease of cell-substrate adhesion area. In contrast, L929 fibroblasts reduce the cell adhesion area drastically. Furthermore, the hypothesis that the cell detachment is an active process is shown by lowering the cell metabolism by temperature reduction to 4 °C and by the cell traces that are left behind after rinsing the surfaces. A combination of TIRAF and TIRF enables visualising the cell adhesion area and actin structures. Measuring both parameters simultaneously opens up new possibilities to correlate intracellular and cell detachment processes on thermo-responsive surfaces. KW - thermo-responsive Polymere KW - Polyethylenglykol KW - TIRF KW - Zelladhäsion KW - thermo-responsive polymers KW - polyethylene glycol KW - TIRF KW - cell adhesion Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-47784 ER - TY - THES A1 - Drechsel, Oliver T1 - Untersuchungen zu Struktur und Expression des Plastidengenoms höherer Pflanzen T1 - Investigation of structure and expression of the plastid genome of higher plants N2 - Auf dem Weg der genetischen Information stellt die Translation der RNA in eine Aminosäuresequenz den letzten Schritt dar. In Chloroplasten, den grünen Organellen der Pflanzenzellen, findet ein Großteil der Regulation der Genexpression auf Ebene der Initiation dieses Schrittes statt. Eine Vielzahl von Eigenschaften der RNA und von Faktoren, die an die RNA binden, entfalten einen Einfluss auf diesen Schritt. Bisher unvollständig aufgeklärt ist die Rolle einer konservierten Nukleotidsequenz in der untranslatierten Region der RNA -- der Shine-Dalgarno-Sequenz. Diese stellt in Bakterien, wie z.B. E. coli als Ribosomenbindestelle sicher, dass Ribosomen den Anfang der zu translatierenden Sequenz zuverlässig erkennen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden diverse DNA-Konstrukte in Plastiden von Tabak eingebracht. Hierzu zählten Konstrukte, die sowohl eine erhöhte Anzahl von Ribosomenbindestellen enthielten als auch vermehrte Startpunkte der Translation. Zusätzlich wurden Konstrukte hergestellt, die die Situation von mehreren zu translatierenden Regionen in der RNA nachstellten. Es konnte festgestellt werden, dass plastidäre Ribosomen die strangaufwärts gelegenen Translationsstartpunkte bevorzugen -- im Gegensatz zu E. coli, wo alle Startpunkte gleichmäßig genutzt wurden. Hierdurch zeigten die prokaryotischen Ribosomen aus Chloroplasten, die sich aus bakteriellen Systemen ableiten, Eigenschaften von eukaryotischen Ribosomen. Ein zweites Teilprojekt dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Inkompatibilität von Chloroplasten mit dem Kerngenom. In Kreuzungen von Arten der Gattung Pelargonium fielen Kombinationen auf, bei denen die Tochterpflanzen bleiche Blattbereiche bis hin zu vollständig weißen Pflanzen zeigten. Dieses Phänomen wird als Bastardbleichheit bezeichnet. In der Gattung Pelargonium werden Chloroplasten von beiden Elternteilen an die Tochterpflanzen vererbt. Da das Phänomen der Bastardbleichheit nur in einem der Plastiden vorkommt, nicht jedoch im anderen in der gleichen Pflanze, muss von einem Effekt ausgegangen werden, der von Plastiden ausgeht. Die Interaktionen zwischen Zellkern und Chloroplasten sind offensichtlich stark gestört. Zur detaillierten Untersuchung dieses Effekts wurde die Nukleotidsequenz von drei Chloroplastengenomen aufgeklärt. Es konnte eine Reihe von Sequenzunterschieden der Genome ermittelt werden. Aus diesen wurde eine Reihe von Unterschieden beobachtet, die einen solchen Effekt zur Folge haben können. Aus diesen Unterschieden wurde eine Reihe von potentiellen Kandidatengenen zusammengestellt, die in weiteren Arbeiten auf ihre Rolle in der Entstehung der Bastardbleichheit untersucht werden. N2 - Chloroplasts are the green organelles of plants with a evolutionary prokaryotic background. During evolution chloroplasts established translation initiation as the major step in regulation of gene expression. A vast number of factors, e.g. sequence elements, secondary structures or RNA binding proteins, influences the regulation of translation initiation. A conserved sequence – Shine-Dalgarno sequence – can be identified both in prokaryotes as well as chloroplasts. In prokaryotes this sequence provides a faithful means for positioning of the ribosome to the start codon. Due to lower conservation of Shine-Dalgarno sequences the role of this sequence in translation initiation is not completely understood. We designed a series of constructs that contain different arrangements of these sequences in the 5’ UTR resulting in an increased number of potential ribosome binding sites or translation initiation sites. Additionally we constructed a series of 5’ UTRs that resembled polycistronic transcripts. The results showed a dramatic effect of the different constructs on the translation efficiency of the reporter protein. It could be shown that numerous translation initiation sites increase translation efficiency, whereas increased numbers of ribosome binding sites do not. Additionally it could be shown, that plastidic ribosomes preferentially initiate on 5’ translations initiation sites in contrast to prokaryotic ribosomes that recognize initiation sites equally. This illustrates that plastidic ribosomes in contrast to prokaryotic ribosomes show a scanning like mechanism. Hence plastidic ribosomes gained some eukaryotic properties during evolution. A second project was dealing with hybrid variegation. This phenomenon is based on plastid-nuclear genome incompatibility. Due to biparental plastid inheritance in Pelargonium hybrids may show chimeric phenotypes with bleached (incompatible) and green (compatible) sectors. This points to the plastome as cause for the hybrid variegation. To this end the nucleotide sequence of three plastid genomes was determined and an array of candidate genes causing the incompatibility could be compiled. KW - Shine-Dalgarno-Sequenzen KW - Translationsinitiation KW - Plastid KW - Bastardbleichheit KW - Shine-Dalgarno sequences KW - translation initiation KW - plastid KW - hybrid variegation Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-31056 ER -