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Enthalpic barriers to the hydrophobic binding of oligosaccharides to phage P22 tailspike protein
(2001)
Over the last decade the modeling and the storage of biological data has been a topic of wide interest for scientists dealing with biological and biomedical research. Currently most data is still stored in text files which leads to data redundancies and file chaos. In this paper we show how to use relational modeling techniques and relational database technology for modeling and storing biological sequence data, i.e. for data maintained in collections like EMBL or SWISS-PROT to better serve the needs for these application domains. For this reason we propose a two step approach. First, we model the structure (and therefore the meaning of the) data using an Entity-Relationship approach. The ER model leads to a clean design of a relational database schema for storing and retrieving the DNA and protein data extracted from various sources. Our approach provides the clean basis for building complex biological applications that are more amenable to changes and software ports than their file-base counterparts.
Im ersten Teil der Arbeit wurden Strategien zur Analyse von Transkripten erarbeitet. Die ersten Versuche zielten darauf ab, in mit Glaskapillaren genommenen Einzelzellproben verschiedener Gewebeschichten RT-PCR durchzuführen, um spezifische Transkripte nachweisen zu können. Dies gelang für eine Reihe von Genen aus verschiedenen Pflanzenspezies. Dabei konnten sowohl Transkripte stark wie auch schwach exprimierter Gene nachgewiesen werden. Für die Erstellung von Gewebe-spezifischen Expressionsprofilen war es notwendig, die in vereinigten Zellproben enthaltene mRNA zunächst zu amplifizieren, um eine ausreichende Menge für Arrayhybridisierungen zu erhalten. Vor der Vermehrung wurde die mRNA revers transkribiert. Es wurden daran anschließend verschiedene Amplifikationsstrategien getestet: Die neben Tailing, Adapterligation und anderen PCR-basierenden Protokollen getestete Arbitrary-PCR hat sich in dieser Arbeit als einfache und einzige Methode herausgestellt, die mit so geringen cDNA-Mengen reproduzierbar arbeitet. Durch Gewebe-spezifische Array-hybridisierungen mit der so amplifizierten RNA konnten schon bekannte Expressionsmuster verschiedener Gene, vornehmlich solcher, die an der Photosynthese beteiligt sind, beobachtet werden. Es wurden aber auch eine ganze Reihe neuer offensichtlich Gewebe-spezifisch exprimierter Gene gefunden. Exemplarisch für die differentiell exprimierten Gene konnte das durch Arrayhybridisierungen gefundene Expressionsmuster der kleinen Untereinheit von Rubisco verifiziert werden. Hierzu wurden Methoden zum Gewebe-spezifischen Northernblot sowie semiquantitativer und Echtzeit-Einzelzell-RT-PCR entwickelt. Im zweiten Teil der Arbeit wurden Methoden zur Analyse von Metaboliten einschließlich anorganischer Ionen verwendet. Es stellte sich heraus, daß die multiparallele Methode der Gaschromatographie-Massenspektrometrie keine geeignete Methode für die Analyse selbst vieler vereinigter Zellinhalte ist. Daher wurde auf Kapillarelektrophorese zurückgegriffen. Eine Methode, die mit sehr kleinen Probenvolumina auskommt, eine hohe Trennung erzielt und zudem extrem geringe Detektionslimits besitzt. Die Analyse von Kohlenhydraten und Anionen erfordert eine weitere Optimierung. Über UV-Detektion konnte die K+-Konzentration in verschiedenen Geweben von A. thaliana bestimmt werden. Sie lag in Epidermis und Mesophyll mit ca. 25 mM unterhalb der für andere Pflanzenspezies (Solanum tuberosum und Hordeum vulgare) publizierten Konzentration. Weiter konnte gezeigt werden, daß zwölf freie Aminosäuren mittels einer auf Kapillarelektrophorese basierenden Methode in vereinigten Zellproben von Cucurbita maxima identifiziert werden konnten. Die Übertragung der Methode auf A. thaliana-Proben muß jedoch weiter optimiert werden, da die Sensitivität selbst bei Laser induzierter Fluoreszenz-Detektion nicht ausreichte. Im dritten und letzten Teil der Arbeit wurde eine Methode entwickelt, die die Analyse bekannter wie unbekannter Proteine in Gewebe-spezifischen Proben ermöglicht. Hierzu wurde zur Probennahme mittels mechanischer Mikrodissektion eine alternative Methode zur Laser Capture Microdissection verwendet, um aus eingebetteten Gewebeschnitten distinkte Bereiche herauszuschneiden und somit homogenes Gewebe anzureichern. Aus diesem konnten die Proteine extrahiert und über Polyacrylamidgelelektrophorese separariert werden. Banden konnten ausgeschnitten, tryptisch verdaut und massenspektrometrisch die Primärsequenz der Peptidfragmente bestimmt werden. So konnten als Hauptproteine im Mesophyll die große Untereinheit von Rubisco sowie ein Chlorophyll bindendes Protein gefunden werden. Die in dieser Arbeit entwickelten und auf die Modellpflanze Arabidopsis thaliana angewandten Einzelzellanalysetechniken erlauben es in Zukunft, physiologische Prozesse besser sowohl räumlich als auch zeitlich aufzulösen. Dies wird zu einem detaillierteren Verständnis mannigfaltiger Vorgänge wie Zell-Zell-Kommunikation, Signalweiterleitung oder Pflanzen-Pathogen-Interaktionen führen.
Aim and Location In Central European lowland certain plant species grow mainly or exclusively in the corridors of large rivers. In German-speaking plant geography, they are known as "Stromtalpflanzen". The aim of this paper is to review the literature about definitions, explanations and species characteristics and to suggest future directions in research concerning this species group. Results A preliminary list contains 129 ecologically heterogeneous plant species. The mechanisms generating the peculiar distribution pattern may include hydrochory along river corridors, high level of disturbance by water, variable water availability including inundation and summer drought, warm summers, and high nutrient supply on alluvial soils. There is evidence from observational studies for all above mechanisms. However, none of them has been tested experimentally. Demographic data of river corridor plants is limited to very few species, including mainly invasive annuals (Artemisia annua, Bidens frondosa, Cuscuta campestris, Xanthium albinum) and annual (hemi)parasites (Cuscuta campestris, Melampyrum cristatum). Metapopulation studies do not exist to date for European species. part from their habitat requirements, river corridor plants were grouped according to their similarities in overall distribution pattern or in their distribution within particular river corridors. Main conclusions River corridor plants include a high proportion of threatened plant species. In order to preserve them, and in order to understand the mechanisms generating the peculiar distribution pattern, much more has to be known about their population biology and metapopulation dynamics.