TY - THES A1 - Devers, Emanuel T1 - Phosphate homeostasis and novel microRNAs are involved in the regulation of the arbuscular mycorrhizal symbiosis in Medicago truncatula T1 - Die Phosphat-Homöostase und neue mikroRNAs sind in die Regulation der arbuskulären Mykorrhiza in Medicago truncatula involviert N2 - Die arbuskuläre Mykorrhiza ist die wahrscheinlich älteste Form der Wurzelsymbiosen zwischen Pflanzen und Pilzen und hat sich vor 420 Millionen Jahren entwickelt. In dieser Symbiose, die zwischen nahezu allen Landpflanzen und Pilzen des Reiches Glomeromycota ausgebildet wird, versorgt der Pilz die Pflanze mit Nährstoffen, wobei die verbesserte Versorgung mit Phosphat für die Pflanze sicher den größten Vorteil darstellt. Im Gegenzug erhält der Pilz Zucker, welche die Pflanze aus der Photosynthese bereitstellt. Zu hohe Phosphatkonzentrationen im Boden oder Dünger führen allerdings zu einer Verringerung in der Ausprägung der arbuskulären Mykorrhiza. Diese Unterdrückung der Symbiose wird nicht durch eine lokale Reaktion der Wurzeln ausgelöst, sondern in erster Linie durch einen hohen Phosphatgehalt im Pflanzenspross. Somit handelt es sich also um eine systemische, also dem Gesamtsystem „Pflanze“ betreffende Antwort. Die molekularen Mechanismen dieser Anpassung sind noch wenig bekannt und sind vor allem für die Agrarwirtschaft von besonderem Interesse. Eine Mikro-RNA (miRNA) des bereits bekannten Phosphathomöostasesignalwegs (PHR1-miRNA399-PHO2 Signalweg) akkumuliert verstärkt in mykorrhizierten Wurzeln. Das deutet daraufhin, dass dieser Signalweg und diese miRNA eine wichtige Rolle in der Regulation der arbuskulären Mykorrhiza spielen. Ziel dieser Studie war es neue Einblicke in die molekularen Mechanismen, die zur Unterdrückung der arbuskulären Mykorrhiza bei hohen Phosphatkonzentrationen führen, zu gewinnen. Dabei sollte der Einfluss von PHO2, sowie von miRNAs in dieser Symbiose genauer untersucht werden. Ein funktionelles Ortholog von PHO2, MtPho2, wurde in der Pflanze Medicago truncatula identifiziert. MtPho2-Mutanten, welche nicht mehr in der Lage waren ein funktionales PHO2 Protein zu exprimieren, zeigten schnellere Kolonisierung durch den AM-Pilz. Jedoch wurde auch in den mtpho2-Mutanten die Symbiose durch hohe Phosphatkonzentrationen unterdrückt. Dies bedeutet, dass PHO2 und somit der PHR1-miRNA399-PHO2 Signalweg eine wichtige Funktion während der fortschreitenden Kolonisierung der Wurzel durch den Pilz hat, aber und weitere Mechanismen in der Unterdückung der Symbiose bei hohen Phosphatkonzentrationen beteiligt sein müssen. Die Analyse von Transkriptionsprofilen von Spross- und Wurzeln mittels Microarrays zeigte, dass die Unterdrückung der AM Symbiose durch hohe Phosphatkonzentrationen möglicherweise auf eine Unterdrückung der Expression einer Reihe symbiosespezifischer Gene im Spross der Pflanze beruht. Um die Rolle weiterer miRNA in der AM Symbiose zu untersuchen, wurden mittels einer Hochdurchsatz-Sequenzierung 243 neue und 181 aus anderen Pflanzen bekannte miRNAs in M. truncatula entdeckt. Zwei dieser miRNAs, miR5229 und miR160f*, sind ausschließlich während der arbuskulären Mykorrhiza zu finden und weitere miRNAs werden während dieser Symbiose verstärkt gebildet. Interessanterweise führen einige dieser miRNAs zum Abbau von Transkripten, die eine wichtige Funktion in der arbuskulären Mykorrhiza und Wurzelknöllchensymbiose besitzen. Die Ergebnisse dieser Studie liefern eine neue Grundlage für die Untersuchung von regulatorischen Netzwerken, die zur zellulären Umprogrammierung während der Interaktion zwischen Pflanzen und arbuskulären Mykorrhiza-Pilzen bei verschiedenen Phosphatbedingungen führen. N2 - AM symbiosis has a positive influence on plant P-nutrition and growth, but little is known about the molecular mechanism of the symbiosis adaptation to different phosphate conditions. The recently described induction of several pri-miR399 transcripts in mycorrhizal shoots and subsequent accumulation of mature miR399 in mycorrhizal roots indicates that local PHO2 expression must be controlled during symbiosis, presumably in order to sustain AM symbiosis development, in spite of locally increased Pi-concentration. A reverse genetic approach used in this study demonstrated that PHO2 and thus the PHR1-miR399-PHO2 signaling pathway, is involved in certain stages of progressive root colonization. In addition, a transcriptomic approach using a split-root system provided a comprehensive insight into the systemic transcriptional changes in mycorrhizal roots and shoots of M. truncatula in response to high phosphate conditions. With regard to the transcriptional responses of the root system, the results indicate that, although the colonization is drastically reduced, AM symbiosis is still functional at high Pi concentrations and might still be beneficial to the plant. Additionally, the data suggest that a specific root-borne mycorrhizal signal systemically induces protein synthesis, amino acid metabolism and photosynthesis at low Pi conditions, which is abolished at high Pi conditions. MiRNAs, such as miR399, are involved in long-distance signaling and are therefore potential systemic signals involved in AM symbiosis. A deep-sequencing approach identified 243 novel miRNAs in the root tissue of M. truncatula. Read-count analysis, qRT-PCR measurements and in situ hybridizations clearly indicated a regulation of miR5229a/b, miR5204, miR160f*, miR160c, miR169 and miR169d*/l*/m*/e.2* during arbuscular mycorrhizal symbiosis. Moreover, miR5204* represses a GRAS TF, which is specifically transcribed in mycorrhizal roots. Since miR5204* is induced by high Pi it might represent a further Pi status-mediating signal beside miR399. This study provides additional evidence that MtNsp2, a key regulator of symbiosis-signaling, is regulated and presumably spatially restricted by miR171h cleavage. In summary, a repression of mycorrhizal root colonization at high phosphate status is most likely due to a repression of the phosphate starvation responses and the loss of beneficial responses in mycorrhizal shoots. These findings provide a new basis for investigating the regulatory network leading to cellular reprogramming during interaction between plants, arbuscular mycorrhizal fungi and different phosphate conditions. KW - Phosphat KW - miRNA KW - Symbiose KW - Medicago KW - phosphate KW - miRNA KW - symbiosis KW - Medicago Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-55572 ER - TY - THES A1 - Branscheid, Anja T1 - Phosphate homeostasis and posttranscriptional gene regulation during arbuscular mycorrhizal symbiosis in Medicago truncatula T1 - Phosphat-Homoeostase und posttranskriptionelle Genregulation waehrend der arbuskulaeren Mykorrhiza-Symbiose in Medicago truncatula N2 - Since available phosphate (Pi) resources in soil are limited, symbiotic interactions between plant roots and arbuscular mycorrhizal (AM) fungi are a widespread strategy to improve plant phosphate nutrition. The repression of AM symbiosis by a high plant Pi-status indicates a link between Pi homeostasis signalling and AM symbiosis development. This assumption is supported by the systemic induction of several microRNA399 (miR399) primary transcripts in shoots and a simultaneous accumulation of mature miR399 in roots of mycorrhizal plants. However, the physiological role of this miR399 expression pattern is still elusive and offers the question whether other miRNAs are also involved in AM symbiosis. Therefore, a deep sequencing approach was applied to investigate miRNA-mediated posttranscriptional gene regulation in M. truncatula mycorrhizal roots. Degradome analysis revealed that 185 transcripts were cleaved by miRNAs, of which the majority encoded transcription factors and disease resistance genes, suggesting a tight control of transcriptional reprogramming and a downregulation of defence responses by several miRNAs in mycorrhizal roots. Interestingly, 45 of the miRNA-cleaved transcripts showed a significant differentially regulated between mycorrhizal and non-mycorrhizal roots. In addition, key components of the Pi homeostasis signalling pathway were analyzed concerning their expression during AM symbiosis development. MtPhr1 overexpression and time course expression data suggested a strong interrelation between the components of the PHR1-miR399-PHO2 signalling pathway and AM symbiosis, predominantly during later stages of symbiosis. In situ hybridizations confirmed accumulation of mature miR399 in the phloem and in arbuscule-containing cortex cells of mycorrhizal roots. Moreover, a novel target of the miR399 family, named as MtPt8, was identified by the above mentioned degradome analysis. MtPt8 encodes a Pi-transporter exclusively transcribed in mycorrhizal roots and its promoter activity was restricted to arbuscule-containing cells. At a low Pi-status, MtPt8 transcript abundance inversely correlated with a mature miR399 expression pattern. Increased MtPt8 transcript levels were accompanied by elevated symbiotic Pi-uptake efficiency, indicating its impact on balancing plant and fungal Pi-acquisition. In conclusion, this study provides evidence for a direct link of the regulatory mechanisms of plant Pi-homeostasis and AM symbiosis at a cell-specific level. The results of this study, especially the interaction of miR399 and MtPt8 provide a fundamental step for future studies of plant-microbe-interactions with regard to agricultural and ecological aspects. N2 - Phosphat ist ein essentieller Bestandteil der pflanzlichen Ernährung und ein Mangel führt zu schwerwiegenden Folgen für Wachstum, Entwicklung und Reproduktion der Pflanze. Eine der wichtigsten Strategien, um einen Mangel an löslichem Phosphat im Boden auszugleichen, ist die arbuskuläre Mykorrhiza, einer Wurzelsymbiose zwischen Pflanzen und im Boden lebenden Mykorrhizapilzen. Die Symbiose dient dem gegenseitigen Nährstoffaustausch, der über bäumchenartige Strukturen in Wurzelzellen, den Arbuskeln, realisiert wird. Über ein weit reichendes Netzwerk im Boden verbessert der Pilz die Phosphatversorgung der Pflanzen, wohingegen die Pflanze photosynthetisch erzeugte Zucker zur Verfügung stellt. Ein erhöhter Phosphatgehalt in der Pflanze führt zur Unterdrückung der Symbiose. Da weitestgehend unbekannt ist, wie genau Pflanzen diese Einschränkung der Symbiose regulieren, kann die Erforschung dieses Zusammenhangs einen wichtigen Beitrag für Agrarwirtschaft und Umweltschutz leisten. Im Rahmen dieser Arbeit konnte durch die Entdeckung eines neuen, bisher unbekannten Zielgens aufgezeigt werden, dass die für den Ausgleich des pflanzlichen Phosphathaushalts wichtige Mikro-RNA (miR) 399 auch in der Regulation der arbuskulären Mykorrhizasymbiose von besonderer Bedeutung ist. MiRNAs regulieren die Aktivität von Zielgenen indem sie die jeweiligen Transkripte durch Bindung für den Abbau markieren. In kolonisierten Wurzeln, insbesondere in arbuskelhaltigen Wurzelzellen, konnte eine erhöhte Anhäufung der miR399 beobachtet werden. Durch das Verfahren der Hochdurchsatz-Sequenzierung des Wurzeldegradoms, bei dem alle abgebauten Transkripte analysiert werden, konnte das neue Zielgen der miR399 Familie, MtPT8, identifiziert werden. Dieses codiert für einen Phosphat-Transporter, der diesen Studien zufolge ausschließlich in mykorrhizierten Wurzeln vorkommt und dessen Transkription auf arbuskelhaltige Zellen beschränkt ist. Mit der Identifizierung dieses neuen Zielgens konnte erstmals der Beweis für die direkte Verbindung der pflanzlichen Phosphathomöostase durch miR399 und der arbuskulären Mykorrhizasymbiose gezeigt werden. Die Untersuchung der physiologischen Funktion dieses mykorrhizaspezifischen Phosphat-Transporters bietet die Möglichkeit, die Zusammenhänge der phosphatabhängigen Regulation der Symbiose aufzuklären und weit reichende Einblicke in die Regulationsmechanismen während der Pflanze-Pilz-Interaktion zu erhalten. KW - Mykorrhizasymbiose KW - Phosphat KW - mikroRNA399 KW - Degradom KW - symbiose-relevante mikroRNA-Targets KW - Mycorrhizal symbiosis KW - phosphate KW - microRNA399 KW - degradome KW - symbiosis-relevant microRNA targets Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-62106 ER - TY - JOUR A1 - Piepho, Maike A1 - Arts, Michael T. A1 - Wacker, Alexander T1 - Species-specific variation in fatty acid concentrations of four phytoplankton species does phosphorus supply influence the effect of light intensity of temperature? JF - Journal of phycology N2 - We tested, in the laboratory, the influence of light intensity, temperature, and phosphorus (P) supply on fatty acid (FA) concentrations of four freshwater algae: the green algae Scenedesmus quadricauda (Turpin) Breb. and Chlamydomonas globosa J. Snow, the cryptophyte Cryptomonas ovata Ehrenb., and the diatom Cyclotella meneghiniana Kutz. We investigated the main and interactive effects of two variables on algal FA concentrations (i.e., light intensity and P supply or temperature and P supply). Interactive effects of light intensity and P supply were most pronounced in C. meneghiniana, but were also found in S. quadricauda and C. ovata. Changes in several saturated and unsaturated FA concentrations with light were more distinct in the low-P treatments than in the high-P treatments. Interactive effects of temperature and P supply on various FA concentrations were observed in all four species, but there was no consistent pattern. In lake ecosystems, P limitation often coincides with high light intensities and temperatures in summer. Therefore, it is important to examine how combinations of these environmental conditions affect FA concentrations of primary producers that are important sources of FAs for higher trophic levels. KW - Chlamydomonas KW - Cryptomonas KW - Cyclotella KW - fatty acids KW - light KW - lipids KW - phosphate KW - PUFA KW - Scenedesmus KW - temperature Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1111/j.1529-8817.2011.01103.x SN - 0022-3646 VL - 48 IS - 1 SP - 64 EP - 73 PB - Wiley-Blackwell CY - Malden ER - TY - JOUR A1 - Hahn, Simone A1 - Träger, Juliane A1 - Holdt, Hans-Jürgen T1 - Solid-Phase extraction of Pt(IV) with Dialkyl-(hexane-1,6-diyl) phosphate modified merrifield resins from aqueous chloride media in column operations JF - Separation and purification technology N2 - A series of three dialkyl phosphate resins with a Merrifield resin support was used to extract platinum from acidic media. In column operations total capacities of 85-130 mg/g were gained. The presence of palladium and rhodium results in the order: Pt(IV) > Pd(II) >> Rh(III). From a leach liquor gained from spent automotive catalysts metals forming anionic chloro complexes are co-extracted only to a small extent. However, in order to separate and enrich platinum a selective back-extraction can be done with a sodium thiocyanate solution. A second elution step with acidic thiourea leads to a mixed solution of palladium and rhodium. KW - platinum KW - column operation mode KW - phosphate KW - solid-phase extraction Y1 - 2015 U6 - https://doi.org/10.1080/01496395.2014.968264 SN - 0149-6395 SN - 1520-5754 VL - 50 IS - 2 SP - 191 EP - 206 PB - Taylor & Francis Group CY - Philadelphia ER - TY - JOUR A1 - Glosse, Philipp A1 - Feger, Martina A1 - Mutig, Kerim A1 - Chen, Hong A1 - Hirche, Frank A1 - Hasan, Ahmed Abdallah Abdalrahman Mohamed A1 - Gaballa, Mohamed Mahmoud Salem Ahmed A1 - Hocher, Berthold A1 - Lang, Florian A1 - Föller, Michael T1 - AMP-activated kinase is a regulator of fibroblast growth factor 23 production JF - Kidney international : official journal of the International Society of Nephrology N2 - Fibroblast growth factor 23 (FGF23) is a proteohormone regulating renal phosphate transport and vitamin D metabolism as well as inducing left heart hypertrophy. FGF23-deficient mice suffer from severe tissue calcification, accelerated aging and a myriad of aging-associated diseases. Bone cells produce FGF23 upon store-operated calcium ion entry (SOCE) through the calcium selective ion channel Orai1. AMP-activated kinase (AMPK) is a powerful energy sensor helping cells survive states of energy deficiency, and AMPK down-regulates Orai1. Here we investigated the role of AMPK in FGF23 production. Fgf23 gene transcription was analyzed by qRT-PCR and SOCE by fluorescence optics in UMR106 osteoblast-like cells while the serum FGF23 concentration and phosphate metabolism were assessed in AMPKa1-knockout and wild-type mice. The AMPK activator, 5-aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleotide (AICAR) down-regulated, whereas the AMPK inhibitor, dorsomorphin dihydrochloride (compound C) and AMPK gene silencing induced Fgf23 transcription. AICAR decreased membrane abundance of Orai1 and SOCE. SOCE inhibitors lowered Fgf23 gene expression induced by AMPK inhibition. AMPKa1-knockout mice had a higher serum FGF23 concentration compared to wild-type mice. Thus, AMPK participates in the regulation of FGF23 production in vitro and in vivo. The inhibitory effect of AMPK on FGF23 production is at least in part mediated by Orai1-involving SOCE. KW - calcium KW - FGF23 KW - Klotho KW - Orai1 KW - phosphate KW - parathyroid hormone Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1016/j.kint.2018.03.006 SN - 0085-2538 SN - 1523-1755 VL - 94 IS - 3 SP - 491 EP - 501 PB - Elsevier CY - New York ER - TY - JOUR A1 - Bär, Ludmilla A1 - Feger, Martina A1 - Fajol, Abul A1 - Klotz, Lars-Oliver A1 - Zeng, Shufei A1 - Lang, Florian A1 - Hocher, Berthold A1 - Föller, Michael T1 - Insulin suppresses the production of fibroblast growth factor 23 (FGF23) JF - Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America N2 - Fibroblast growth factor 23 (FGF23) is produced by bone cells and regulates renal phosphate and vitamin D metabolism, as well as causing left ventricular hypertrophy. FGF23 deficiency results in rapid aging, whereas high plasma FGF23 levels are found in several disorders, including kidney or cardiovascular diseases. Regulators of FGF23 production include parathyroid hormone (PTH), calcitriol, dietary phosphate, and inflammation. We report that insulin and insulin-like growth factor 1 (IGF1) are negative regulators of FGF23 production. In UMR106 osteoblast-like cells, insulin and IGF1 down-regulated FGF23 production by inhibiting the transcription factor forkhead box protein O1 (FOXO1) through phosphoinositide 3-kinase (PI3K)/protein kinase B (PKB)/Akt signaling. Insulin deficiency caused a surge in the serum FGF23 concentration in mice, which was reversed by administration of insulin. In women, a highly significant negative correlation between FGF23 plasma concentration and increase in plasma insulin level following an oral glucose load was found. Our results provide strong evidence that insulin/IGF1dependent PI3K/PKB/Akt/FOXO1 signaling is a powerful suppressor of FGF23 production in vitro as well as in mice and in humans. KW - PI3K KW - PKB/Akt KW - Klotho KW - phosphate Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1073/pnas.1800160115 SN - 0027-8424 VL - 115 IS - 22 SP - 5804 EP - 5809 PB - National Acad. of Sciences CY - Washington ER -