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Leaf senescence is a key process in plants that culminates in the degradation of cellular constituents and massive reprogramming of metabolism for the recovery of nutrients from aged leaves for their reuse in newly developing sinks. We used molecular-biological and metabolomics approaches to identify NAC transcription factor (TF) RD26 as an important regulator of metabolic reprogramming in Arabidopsis thaliana. RD26 directly activates CHLOROPLAST VESICULATION (CV), encoding a protein crucial for chloroplast protein degradation, concomitant with an enhanced protein loss in RD26 over-expressors during senescence, but a reduced decline of protein in rd26 knockout mutants. RD26 also directly activates LKR/SDH involved in lysine catabolism, and PES1 important for phytol degradation. Metabolic profiling revealed reduced c-aminobutyric acid (GABA) in RD26 overexpressors, accompanied by the induction of respective catabolic genes. Degradation of lysine, phytol and GABA is instrumental for maintaining mitochondrial respiration in carbon-limiting conditions during senescence. RD26 also supports the degradation of starch and the accumulation of mono-and disaccharides during senescence by directly enhancing the expression of AMY1, SFP1 and SWEET15 involved in carbohydrate metabolism and transport. Collectively, during senescence RD26 acts by controlling the expression of genes across the entire spectrum of the cellular degradation hierarchy.
It has been proposed that growth and reproduction of animals is frequently limited by multiple nutrients simultaneously. To improve our understanding of the consequences of multiple nutrient limitations (i.e. co-limitation) for the performance of animals, we conducted standardized population growth experiments using an important aquatic consumer, the rotifer Brachionus calyciflorus. We compared nutrient profiles (sterols, fatty acids and amino acids) of rotifers and their diets to reveal consumerdiet imbalances and thus potentially limiting nutrients. In concomitant growth experiments, we directly supplemented potentially limiting substances (sterols, fatty acids, amino acids) to a nutrient-deficient diet, the cyanobacterium Synechococcus elongatus, and recorded population growth rates. The results from the supplementation experiments corroborated the nutrient limitations predicted by assessing consumerdiet imbalances, but provided more detailed information on co-limiting nutrients. While the fatty acid deficiency of the cyanobacterium appeared to be of minor importance, the addition of both cholesterol and certain amino acids (leucine and isoleucine) improved population growth rates of rotifers, indicating a simultaneous limitation by sterols and amino acids. Our results add to growing evidence that consumers frequently face multiple nutrient limitations and suggest that the concept of co-limitation has to be considered in studies assessing nutrient-limited growth responses of consumers.
Erucasäure ist eine einfach ungesättigte Fettsäure, die sich in großer Menge im Samen von Raps und anderen Kreuzblütlern findet. Ernährungsphysiologisch gilt sie als problematisch, da sie eine nachweislich schädliche Wirkung auf die Herzmuskulatur hat. Daher wurde sie im Laufe des 20. Jahrhunderts zum größten Teil aus dem Deutschen Winterraps durch Züchtung fast vollständig eliminiert. In einigen Zweigen der Industrie ist sie jedoch weiterhin ein bedeutender Rohstoff. In dieser Arbeit wird die Papierchromatographie als kostengünstige Methode zur Trennung von Fettsäuren vorgestellt, welche auch im Schulunterricht angewendet werden kann. Diese veraltete Methode wurde reaktiviert und für die vorliegenden Zwecke optimiert. Mit Hilfe der hier beschriebenen Papierchromatographie lassen sich sowohl Rapssamen auf ihren qualitativen Gehalt an Erucasäure untersuchen, als auch eine Vielzahl von ungesättigten Fettsäuren in Raps- und auch Leinsamen qualitativ nachweisen. Es ist so möglich erucasäurefreie und erucasäurehaltige Rapssamen auf dem Papier zu unterscheiden. Der Gehalt an Erucasäure, welcher von nur zwei additiv wirkenden Genen gesteuert wird, kann im Schulunterricht z.B. im Themenbereich „Errungenschaften der Pflanzenzüchtung“ als praktisches Beispiels herangezogen werden. Durch die hier beschriebene Methode können die Mendelschen Regeln anhand dieses phänotypischen Merkmals erarbeitet oder vertieft werden. Zudem ermöglicht die praktische Untersuchung von Erucasäure themenübergreifendes Arbeiten im Biologieunterricht, da sie klassische Genetik mit moderner Pflanzenzüchtung verbindet.