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Active host-searching in bat ectoparasites. As a pilot study, this paper discribes the mobility of ectoparasites after removing from their hosts. Spinturnix acuminatus (Koch, 1836)(Acari, Spinturnicidae) a permanent stationary bat mite normally survives the removing only a few hours. This species moves easily on the patagium or on human skin. In contrast, on other surfaces the movements of this species seems to be less orientated and it is unlikely that the mite can reach a host in some distance. Nycteribia kolenatii Theodor & Moscona, 1954 (Diptera: Nycteribiidae) a bat fly, shows excellent movements in the fur of its host. The specimens survive the removing from the host several days. The ability to clamber up a wall was tested with a rough clay brick. The bat fly achieves only 9,6 cm on average. This result does not support good abilities for host searching in this species. Bat fleas (Siphonaptera: Ischnopsyllidae): Ischnopsyllus elongatus (Curtis, 1832), I. hexactenus (Kolenati, 1856), I. simplex (Rothschild, 1906)and other species survive the removing from their hosts several days. In case of a vertical barrier they showed a stereotype upside climbing, followed by a horizontal appetitive behavior. The fleas were climbing a distance in the upside of 6,45 m on average(1,2-21,68 m). As excellent climbers bat fleas are able to overcome edges and slopes and to crawl on the ceiling. Therefore, it seems to be no problem for a flea to parasite any bat in a resting room. Additionally, some bugs (Cimex lectularius Linnaeus, 1758) were examinated. They run with a speed of 63 cm per minute and were able to climb easily on the brick. On average their stretch of way achieved 2,85 m in ten minutes.
Wiederfund von Najas marina L. ssp. marina im Schollener See (Elbe-Havel-Winkel, Sachsen-Anhalt)
(2008)
* 1. Large female insects usually have high potential fecundity. Therefore selection should favour an increase in body size given that these females get opportunities to realize their potential advantage by maturing and laying more eggs. However, ectotherm physiology is strongly temperature-dependent, and activities are carried out sufficiently only within certain temperature ranges. Thus it remains unclear if the fecundity advantage of a large size is fully realized in natural environments, where thermal conditions are limiting. * 2. Insect fecundity might be limited by temperature at two levels; first eggs need to mature, and then the female needs time for strategic ovipositing of the egg. Since a female cannot foresee the number of oviposition opportunities that she will encounter on a given day, the optimal rate of egg maturation will be governed by trade-offs associated with egg- and time-limited oviposition. As females of different sizes will have different amounts of body reserves, size-dependent allocation trade-offs between the mother"s condition and her egg production might be expected. * 3. In the temperate butterfly Pararge aegeria, the time and temperature dependence of oviposition and egg maturation, and the interrelatedness of these two processes were investigated in a series of laboratory experiments, allowing a decoupling of the time budgets for the respective processes. * 4. The results show that realized fecundity of this species can be limited by both the temperature dependence of egg maturation and oviposition under certain thermal regimes. Furthermore, rates of oviposition and egg maturation seemed to have regulatory effects upon each other. Early reproductive output was correlated with short life span, indicating a cost of reproduction. Finally, large females matured more eggs than small females when deprived of oviposition opportunities. Thus, the optimal allocation of resources to egg production seems dependent on female size. * 5. This study highlights the complexity of processes underlying rates of egg maturation and oviposition in ectotherms under natural conditions. We further discuss the importance of temperature variation for egg- vs. time-limited fecundity and the consequences for the evolution of female body size in insects.
Neben dem Habitatverlust gelten Konsequenzen der Habitatfragmentierung seit den 1990er Jahren als wesentliche Ursache der Gefaehrdung von Pflanzen und stehen damit nun auch im Fokus des botanischen Artenschutzes. Der vorliegende Beitrag gibt einen ueberblick ueber den Stand der populationsbiologischen und genetischen Forschung und versucht abzuschaetzen, welche Bedeutung Habitatfragmentierung und die dadurch entstehenden kleinen, isolierten Populationen auf heimische Pflanzenarten haben koennen. Als wesentliche und offenbar sehr weit verbreitete negative Effekte werden Zufallsereignisse, Randeffekte, Bestaeuberlimitierung, Gendrift und Inzuchtdepression identifiziert. Zusammen mit verringerter Habitatqualitaet durch Eutrophierung, Entwaesserung oder Nutzungsaenderung wirken sie zumeist negativ auf die Fitness der Individuen und Populationen und erhoehen so deren Aussterberisiko. Dieser negative Effekt kleiner Populationen auf die individuelle Fitness wird unabhaengig von der Ursache als Allee-Effekt bezeichnet. Eine durch einen Biotopverbund gefoerderte Metapopulationsdynamik kann das dauerhafte Aussterben von Pflanzenpopulationen verhindern und mindert die negativen genetischen Effekte der Habitatfragmentierung ueber einen erhoehten Genfluss durch Pollen und Samen. Die bisherigen wissenschaftlichen Studien in Mitteleuropa beruhen allerdings in ueberproportionaler Weise auf bestimmten Pflanzenfamilien (Gentianaceae, Primulaceae), Habitaten (Trocken- und Magerrasen, Wirtschaftsgruenland), insekten- und obligat fremdbestaeubten sowie weitgehend auf sexuelle Fortpflanzung angewiesenen Arten, waehrend etwa ueber Grasartige, Ruderalpflanzen, wind- und selbstbestaeubte sowie an vegetative Fortpflanzung angepasste Arten nur wenige Erkenntnisse vorliegen. Gerade diese und Pflanzenarten mit hohem Ausbreitungspotenzial muessen aber nach derzeitigem Wissensstand als weniger sensitiv gegenueber Habitatfragmentierung eingestuft werden. Auf diesen Befunden aufbauend werden fuer die Naturschutzpraxis Biotoptypen hinsichtlich ihrer Sensitivitaet gegenueber Habitatfragmentierung klassifiziert und ein auf biologischen Merkmalen basierender Kriterienkatalog zur Auswahl von Zielarten des Biotopverbunds vorgestellt. Schließlich wird eroertert, was bei Maßnahmen zur Regeneration kleiner bzw. bereits ausgestorbener Populationen zu beachten ist, und es werden allgemeine Folgerungen zur Ausgestaltung eines Biotopverbundskonzepts fuer Pflanzen gezogen.
Vegetation und Standort bodensaurer Buchenwälder am Arealrand : am Beispiel Mittelbrandenburgs
(2008)
Different from NW Germany, the northern part of NE Germany and the "Hohe Flaeming" region, central Brandenburg is considered as being largely devoid of natural beech forests because of its subcontinental, dry climate. In the present study the vegetation ecology of beech forests of the region is comprehensively documented for the first time, and they are compared with NW German stands in Lower Saxony. In the study area beech forests are concentrated in the Berlin-Potsdam region along the Havel river lakes which is characterised by relatively high precipitation and a specific land use history. All belong to the Luzulo-Fagetum growing on acid soils. Four subtypes are distinguished according to nutrient availability and soil moisture. The central Brandenburg Luzulo-Fagetum does not markedly deviate from other beech forests in the northern German lowlands with respect to vegetation structure and edaphic subtypes. However, numerous indicator species for humid or moist conditions are less frequent than under atlantic climate conditions in the lowlands of Lower Saxony, a pattern occurring also in other forest communities. On the other hand, nitrogen and disturbance indicators are more frequent in central Brandenburg. As expected, podzolisation of the soils and humus accumulation is lower in beech forests under subcontinental climate, but surprisingly the soils are more sandy and thus drier. However, beech forests are lacking on south-exposed slopes, and they are notably occurring in northern exposition. A combined analysis of distribution patterns and climatic data, postglacial vegetation history and forest use history, and actual rejuvenation dynamics reveals that the present-day beech forests in central Brandenburg have to be considered as near-natural relics, which are currently spreading. The range of potentially natural beech forests is larger than assumed until now, but further on it is not clearly to define.
Die 11beta-HSD1 reguliert intrazellulär die Cortisolkonzentration durch Regeneration von Cortison z.B. aus dem Blutkreislauf, zu Cortisol. Daher stellt diese ein wichtiges Element in der Glucocorticoid-vermittelten Genregulation dar. Die 11beta-HSD1 wird ubiquitär exprimiert, auf hohem Niveau besonders in Leber, Fettgewebe und glatten Muskelzellen. Insbesondere die Bedeutung der 11beta-HSD1 in Leber und Fettgewebe konnte mehrfach nachgewiesen werden. In der Leber führte eine erhöhte Aktivität aufgrund einer Überexpression in Mäusen zu einer verstärkten Gluconeogeneserate. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass eine erhöhte Expression und erhöhte Enzymaktivität der 11beta-HSD1 im subkutanen und viszeralen Fettgewebe assoziiert ist mit Fettleibigkeit, Insulinresistenz und Dyslipidämie. Über die Regulation ist jedoch noch wenig bekannt. Zur Untersuchung der Promotoraktivität wurde der Promotorbereich von -3034 bis +188, vor und nach dem Translations- und Transkriptionsstart, der 11beta-HSD1 kloniert. 8 Promotorfragmente wurden mittels Dual-Luciferase-Assay in humanen HepG2-Zellen sowie undifferenzierten und differenzierten murinen 3T3-L1-Zellen untersucht. Anschließend wurde mittels nicht-radioaktiven EMSA die Bindung des TATA-Binding Proteins (TBP) sowie von CCAAT/Enhancer-Binding-Proteinen (C/EBP) an ausgewählte Promotorregionen analysiert. Nach der Charakterisierung des Promotors wurden spezifische endogene und exogene Regulatoren untersucht. Fettsäuren modifizieren die Entstehung von Adipositas und Insulinresistenz. Ihre Wirkung wird u.a. PPARgamma-abhängig vermittelt und kann durch das Inkretin (Glucose-dependent insulinotropic Peptide) GIP modifiziert werden. So wurden die Effekte von unterschiedlichen Fettsäuren, vom PPARgamma Agonisten Rosiglitazon sowie dem Inkretin GIP auf die Expression und Enzymaktivität der 11beta-HSD1 untersucht. Dies wurde in-vitro-, tierexperimentell und in humanen in-vivo-Studien realisiert. Zuletzt wurden 2 Single Nucleotide Polymorphismen (SNP) im Promotorbereich der 11beta-HSD1 in der Zellkultur im Hinblick auf potentielle Funktionalität analysiert sowie die Assoziation mit Diabetes mellitus Typ 2 und Körpergewicht in der MeSyBePo-Kohorte bei rund 1.800 Personen untersucht. Die Luciferase-Assays zeigten basal eine zell-spezifische Regulation der 11beta-HSD1, wobei in allen 3 untersuchten Zelltypen die Bindung eines Repressors nachgewiesen werden konnte. Zudem konnte eine mögliche Bindung des TBPs sowie von C/EBP-Proteinen an verschiedene Positionen gezeigt werden. Die Transaktivierungsassays mit den C/EBP-Proteinen -alpha, -beta und -delta zeigten eben-falls eine zellspezifische Regulation des 11beta-HSD1-Promotors. Die Aktivität und Expression der 11beta-HSD1 wurde durch die hier untersuchten endogenen und exogenen Faktoren spezifisch modifiziert, was sowohl in-vitro als auch in-vivo in unterschiedlichen Modellsystemen dargestellt werden konnte. Die Charakterisierung der MeSyBePo-Kohorte ergab keine direkten Assoziationen zwischen Polymorphismus und klinischem Phänotyp, jedoch Tendenzen für eine erhöhtes Körper-gewicht und Typ 2 Diabetes mellitus in Abhängigkeit des Genotyps. Der Promotor der 11beta-HSD1 konnte aufgrund der Daten aus den Luciferaseassays sowie den Daten aus den EMSA-Analysen näher charakterisiert werden. Dieser zeigt eine variable und zell-spezifische Regulation. Ein wichtiger Regulator stellen insbesondere in den HepG2-Zellen die C/EBP-Proteine -alpha, -beta und -delta dar. Aus den in-vivo-Studien ergab sich eine Regulation der 11beta-HSD1 durch endogene, exogene und pharmakologische Substanzen, die durch die Zellkulturversuche bestätigt und näher charakterisiert werden konnten.
Die vorliegende Untersuchung von Fledermaeusen in Sommer- und Winterquartieren liefert neue daten zur Verbreitung und Haeufigkeit von Ektoparasiten aus Brandenburg und anderen Bundeslaendern. An 11 Fledermausarten wurden insgesamt 7 Floharten (Ischnosyllidae), zwei Lausfliegenarten (Nycteribiidae) und zwei Wanzenarten (Cimicidae) nachgewiesen. Die Floharten Ischnopsyllus intermedius und die Artengruppe I. simplex/mysticus ergaenzen die Liste der aktuellen Funde fuer Brandenburg. Nach dem milden Winter 2006-7 wurden in einigen Winterquartieren Veraenderungen im Artenspektrum der Parasiten festgestellt. Nycteribia kolenatii an Myotis daubentoni und Nycteribia eusarca an Nyctalus noctula traten bei der vorliegenden Untersuchung relativ haeufig auf. Die anderen ektoparasitischen Floehe und Lausfliegen waren sehr selten zu finden. Die meisten Parasitenarten und die hoechste Befallsintensitaet wies die Wasserfledermaus (Myotis daubentoni) auf.
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.
Translation in plastids : elucidation of decoding mechanisms and functions of ribosomal components
(2008)
Traffic of molecular motors
(2008)
Plant population modelling has been around since the 1970s, providing a valuable approach to understanding plant ecology from a mechanistic standpoint. It is surprising then that this area of research has not grown in prominence with respect to other approaches employed in modelling plant systems. In this review, we provide an analysis of the development and role of modelling in the field of plant population biology through an exploration of where it has been, where it is now and, in our opinion, where it should be headed. We focus, in particular, on the role plant population modelling could play in ecological forecasting, an urgent need given current rates of regional and global environmental change. We suggest that a critical element limiting the current application of plant population modelling in environmental research is the trade-off between the necessary resolution and detail required to accurately characterize ecological dynamics pitted against the goal of generality, particularly at broad spatial scales. In addition to suggestions how to overcome the current shortcoming of data on the process-level we discuss two emerging strategies that may offer a way to overcome the described limitation: (1) application of a modern approach to spatial scaling from local processes to broader levels of interaction and (2) plant functional-type modelling. Finally we outline what we believe to be needed in developing these approaches towards a 'science of forecasting'.
Adenylates are metabolites with essential function in metabolism and signaling in all living organisms. As Cofactors, they enable thermodynamically unfavorable reactions to be catalyzed enzymatically within cells. Outside the cell, adenylates are involved in signalling processes in animals and emerging evidence suggests similar signaling mechanisms in the plants’ apoplast. Presumably, apoplastic apyrases are involved in this signaling by hydrolyzing the signal mediating molecules ATP and ADP to AMP. This PhD thesis focused on the role of adenylates on metabolism and development of potato (Solanum tuberosum) by using reverse genetics and biochemical approaches. To study the short and long term effect of cellular ATP and the adenylate energy charge on potato tuber metabolism, an apyrase from Escherichia coli targeted into the amyloplast was expressed inducibly and constitutively. Both approaches led to the identification of adaptations to reduced ATP/energy charge levels on the molecular and developmental level. These comprised a reduction of metabolites and pathway fluxes that require significant amounts of ATP, like amino acid or starch synthesis, and an activation of processes that produce ATP, like respiration and an immense increase in the surface-to-volume ratio. To identify extracellular enzymes involved in adenylate conversion, green fluorescent protein and activity localization studies in potato tissue were carried out. It was found that extracellular ATP is imported into the cell by an apoplastic enzyme complement consisting of apyrase, unspecific phosphatase, adenosine nucleosidase and an adenine transport system. By changing the expression of a potato specific apyrase via transgenic approaches, it was found that this enzyme has strong impact on plant and particular tuber development in potato. Whereas metabolite levels were hardly altered, transcript profiling of tubers with reduced apyrase activity revealed a significant upregulation of genes coding for extensins, which are associated with polar growth. The results are discussed in context of adaptive responses of plants to changes in the adenylate levels and the proposed role of apyrase in apoplastic purinergic signaling and ATP salvaging. In summary, this thesis provides insight into adenylate regulated processes within and outside non-photosynthetic plant cells.
KEPI is a protein kinase C-potentiated inhibitory protein for type 1 Ser/Thr protein phosphatases. We found no or reduced expression of KEPI in breast cancer cell lines, breast tumors and metastases in comparison to normal breast cell lines and tissues, respectively. KEPI protein expression and ubiquitous localization was detected with a newly generated antibody. Ectopic KEPI expression in MCF7 breast cancer cells induced differential expression of 95 genes, including the up-regulation of the tumor suppressors EGR1 (early growth response 1) and PTEN (phosphatase and tensin homolog), which is regulated by EGR1. We further show that the up-regulation of EGR1 in MCF7/KEPI cells is mediated by MEK-ERK signaling. The inhibition of this pathway by the MEK inhibitor UO126 led to a strong decrease in EGR1 expression in MCF7/KEPI cells. These results reveal a novel role for KEPI in the regulation of the tumor suppressor gene EGR1 via activation of the MEK-ERK MAPK pathway.
Oidium pedaliacearum sp. nov. (; O. sesami, nom. inval.) and Podosphaera macrospora comb. et stat. nov. (; Sphaerotheca alpina f. macrospora) are introduced, and the taxonomy and distribution of Erysiphe celosiae is discussed. New host species and new collections of Erysiphe cruciferarum (on Cleome hassleriana), E. flexuosa (on Aesculus hippocastanum), E. hedwigii (on Viburnum carlesii), E. heraclei (on Tinguarra montana), E. cf. macleayae (on Macleaya cordata), E. prunastri (on Prunus cerasifera), E. sedi (on Sedum aff. spectabilis), E. trifolii (on Trigonella caerulea), Golovinomyces cichoracearum (on Argyranthemum pinnatifidum subsp. succulentum), G. cf. hydrophyllacearum (on Nemophila menziesii), G. orontii (on Nolana spp.), G. cf. orontii (on Tiarella cordifolia), Neoerysiphe cumminsiana (on Bidens cf. ferulifolia), Oidium clitoriae (on Clitoria ternatea), O. cf. hortensiae (on Philadelphus coronarius), O. pedilanthi (on Pedilanthus tithymaloides), Oidium (Pseudoidium) sp. (on Utricularia alpina), Podosphaera sp. (on Bergia capensis), Sawadaea bicornis (on Acer platanoides) and S. tulasnei (on Acer ginnala and A. tatarica) are recorded from France, Germany, Greece and Mexico.
The effect of moderate rates of nitrogen deposition on ground floor vegetation is poorly predicted by uncontrolled surveys or fertilization experiments using high rates of nitrogen (N) addition. We compared the temporal trends of ground floor vegetation in permanent plots with moderate (7-13 kg/ha/yr) and lower bulk N deposition (4-6 kg/ha/yr) in southern Sweden during 1982-1998. We examined whether trends differed between growth forms (vascular plants and bryophytes) and vegetation types (three types of coniferous forest, deciduous forest, and bog). Trends of site-standardized cover and richness varied among growth forms, vegetation types, and deposition regions. Cover in spruce forests decreased at the same rate with both moderate and low deposition. In pine forests cover decreased faster with moderate deposition and in bogs cover decreased faster with low deposition. Cover of bryophytes in spruce forests increased at the same rate with both moderate and low deposition. In pine forests cover decreased faster with moderate deposition and in bogs and deciduous forests there was a strong non-linear increase with moderate deposition. The trend of number of vascular plants was constant with moderate and decreased with low deposition. We found no trend in the number of bryophyte species. We propose that the decrease of cover and number with low deposition was related to normal ecosystem development (increased shading), suggesting that N deposition maintained or increased the competitiveness of some species in the moderate-deposition region. Deposition had no consistent negative effect on vegetation suggesting that it is less important than normal successional processes.
The effect of moderate rates of nitrogen deposition on ground floor vegetation is poorly predicted by uncontrolled surveys or fertilization experiments using high rates of nitrogen (N) addition. We compared the temporal trends of ground floor vegetation in permanent plots with moderate (7–13 kg ha−1 year−1) and lower bulk N deposition (4–6 kg ha−1 year−1) in southern Sweden during 1982–1998. We examined whether trends differed between growth forms (vascular plants and bryophytes) and vegetation types (three types of coniferous forest, deciduous forest, and bog). Trends of site-standardized cover and richness varied among growth forms, vegetation types, and deposition regions. Cover in spruce forests decreased at the same rate with both moderate and low deposition. In pine forests cover decreased faster with moderate deposition and in bogs cover decreased faster with low deposition. Cover of bryophytes in spruce forests increased at the same rate with both moderate and low deposition. In pine forests cover decreased faster with moderate deposition and in bogs and deciduous forests there was a strong non-linear increase with moderate deposition. The trend of number of vascular plants was constant with moderate and decreased with low deposition. We found no trend in the number of bryophyte species. We propose that the decrease of cover and number with low deposition was related to normal ecosystem development (increased shading), suggesting that N deposition maintained or increased the competitiveness of some species in the moderate-deposition region. Deposition had no consistent negative effect on vegetation suggesting that it is less important than normal successional processes.
Seasonal differences in spatial distribution of small carnivores in fragmented savannah landscapes
(2008)
Die Speicheldrüsen der Schmeißfliege Calliphora vicina produzieren bei Stimulierung mit dem Neurohormon Serotonin (5-Hydroxytryptamine, 5-HT) einen KCl-reichen Primärspeichel. Der transepitheliale K+-Transport wird durch eine apikal lokalisierte vakuoläre H+-ATPase (V-ATPase) energetisiert. Stimulierung der Speicheldrüsen mit 5-HT aktiviert die apikale V-ATPase, die Protonen aus der Zelle in das Drüsenlumen transportiert. Trotz des auswärts gerichteten Protonentransportes führt die 5-HT-Stimulierung kurioserweise zu einer intrazellulären Ansäuerung. Die Ursachen dieser 5-HT-induzierten Ansäuerung waren unzureichend untersucht. Deshalb war das Ziel dieser Arbeit die Identifikation aller Transporter, die an der intrazellulären pH-(pHi)-Regulation in unstimulierten Speicheldrüsen von Calliphora vicina beteiligt sind und an der Entstehung und Regulation der 5-HT-induzierten pHi-Änderungen mitwirken. Von besonderem Interesse war hierbei die funktionelle Mitwirkung der V-ATPase, deren Beteiligung an der pHi-Regulation in tierischen Zellen bisher wenig untersucht war. Wesentliche Ergebnisse dieser Arbeit waren: • Messungen des pHi-Wertes in der unstimulierten Drüse zeigten, dass vor allem die V-ATPase und mindestens ein Na+-abhängiger HCO3--Transporter an der Aufrechterhaltung des Ruhe-pHi beteiligt sind. • Zur Wiederherstellung des Ruhe-pHi nach einer intrazellulären Ansäuerung (NH4Cl-Vorpuls) tragen ebenfalls im Wesentlichen die V-ATPase und mindestens ein Na+-abhängiger HCO3--Transporter bei. Der Na+/H+-Antiporter hat in der unstimulierten Drüse keinen messbaren Einfluss auf den Ruhe-pHi. • Die Wiederherstellung des Ruhe-pHi nach einer intrazellulären Alkalisierung (Na-acetat-Vorpuls) ist Cl--abhängig, aber auch unter extremen Bedingungen waren die Zellen noch in der Lage sich vollständig von einer intrazellullären Alkalisierung zu erholen. Einen entscheidenden Anteil daran hat offenbar die hohe intrazelluläre Pufferkapazität. • Ein Na+-abhängiger Glutamat-Transporter ist per se kein pHi-regulierender Transporter, seine Aktivität hat jedoch Einfluss auf den Ruhe-pHi in der unstimulierten Speicheldrüse von Calliphora vicina. • 10 nM 5-HT induzieren in den Calliphora Speicheldrüsen eine intrazelluläre Ansäuerung. An dieser Ansäuerung ist der Na+/H+-Antiporter entscheidend beteiligt. Auch eine klare Cl--Abhängigkeit der 5-HT-induzierten Ansäuerung konnte beobachtet werden. Wahrscheinlich ist eine gekoppelte Aktivität von Na+/H+-Antiporter und Cl-/HCO3--Antiporter. • Messungen mit einem O2-empfindlichen Fluoreszenzfarbstoff zeigten, dass Stimulierung der Speicheldrüsen mit 5-HT die Zellatmung aktivierte. Der cAMP- und der IP3/Ca2+-Weg tragen auf komplexe Weise zu der 5-HT-induzierten Aktivierung der Zellatmung und damit auch zu den 5-HT-induzierten pHi-Änderungen bei. • Mit molekularbiologischen Untersuchungen ist es gelungen den Na+-abhängigen Glutamat-Transporter, den Na+/H+-Antiporter, die Carboanhydrase und die Untereinheit C der V-ATPase in den Calliphora Speicheldrüsen direkt nachzuweisen. Zudem konnte erstmals der direkte Nachweis für die Expression eines nH+/K+-Antiporters in den Speicheldrüsen von Calliphora vicina erbracht werden. Diese Arbeit trug ganz wesentlich zum Verständnis der pHi-Regulation in der unstimulierten und stimulierten Speicheldrüse von Calliphora vicina bei. Mechanismen die zur Aufrechterhaltung und Wiederherstellung des Ruhe-pHi nach einer intrazellulären Ansäuerung bzw. Alkalisierung beitragen, konnten mit pHi-Messungen und auch molekularbiologisch nachgewiesen werden. Die Mechanismen, welche die 5-HT-induzierte intrazelluläre Ansäuerung verursachen, konnten ebenfalls aufgeklärt werden. Zudem wurde an den Calliphora Speicheldrüsen eine neue optische Methode zur Messung des O2-Verbrauchs in tierischen Geweben etabliert.
Small livestock is an important resource for rural human populations in dry climates. How strongly will climate change affect the capacity of the rangeland? We used hierarchical modelling to scale quantitatively the growth of shrubs and annual plants, the main food of sheep and goats, to the landscape extent in the eastern Mediterranean region. Without grazing, productivity increased in a sigmoid way with mean annual precipitation. Grazing reduced productivity more strongly the drier the landscape. At a point just under the stocking capacity of the vegetation, productivity declined precipitously with more intense grazing due to a lack of seed production of annuals. We repeated simulations with precipitation patterns projected by two contrasting IPCC scenarios. Compared to results based on historic patterns, productivity and stocking capacity did not differ in most cases. Thus, grazing intensity remains the stronger impact on landscape productivity in this dry region even in the future.
Small livestock is an important resource for rural human populations in dry climates. How strongly will climate change affect the capacity of the rangeland? We used hierarchical modelling to scale quantitatively the growth of shrubs and annual plants, the main food of sheep and goats, to the landscape extent in the eastern Mediterranean region. Without grazing, productivity increased in a sigmoid way with mean annual precipitation. Grazing reduced productivity more strongly the drier the landscape. At a point just under the stocking capacity of the vegetation, productivity declined precipitously with more intense grazing due to a lack of seed production of annuals. We repeated simulations with precipitation patterns projected by two contrasting IPCC scenarios. Compared to results based on historic patterns, productivity and stocking capacity did not differ in most cases. Thus, grazing intensity remains the stronger impact on landscape productivity in this dry region even in the future.
Die vakuoläre Protonen-ATPase, kurz V-ATPase, ist ein multimerer Enzymkomplex, der in fast jeder eukaryotischen Zelle zu finden ist und den aktiven elektrogenen Transport von Protonen über Membranen katalysiert. Die Aktivität der V-ATPase ist essentiell für eine Vielzahl physiologischer Prozesse. Ein grundlegender Mechanismus zur Regulation der V-ATPase-Aktivität ist die reversible Dissoziation des Holoenzyms in den integralen VO-Komplex, der als Protonenkanal dient, und den cytosolischen V1-Komplex, der ATP hydrolysiert und somit den Protonentransport energetisiert. Die Untereinheit C, die im dissoziierten Zustand der V-ATPase als einzige Untereinheit isoliert im Cytoplasma vorliegt, scheint bei der Bildung des aktiven Holoenzyms eine Schlüsselrolle zu übernehmen. In den Speicheldrüsen der Schmeißfliege Calliphora vicina ist die V-ATPase an der Speichelsekretion beteiligt. In den sekretorischen Zellen wird die Bildung des V-ATPase-Holoenzyms in der apikalen Plasmamembran durch das Neurohormon Serotonin (5-HT) stimuliert. Der Effekt von 5-HT auf die V-ATPase wird intrazellulär durch die Proteinkinase A (PKA) vermittelt und hält nur für die Dauer der Stimulierung an. In der vorliegenden Arbeit wurde mittels Phosphoproteinfärbungen und 2D-Elektrophorese nachgewiesen, dass infolge einer Stimulierung der Drüsenzellen mit 5-HT die Untereinheit C der V-ATPase durch die PKA reversibel phosphoryliert wird. Die Phosphorylierung geht einher mit einer Umverteilung der Untereinheit C aus dem Cytoplasma zur apikalen Plasmamembran und der Bildung des aktiven Holoenzyms. Immuncytochemische Untersuchungen zeigten, dass die katalytische Untereinheit der PKA ebenfalls umverteilt wird und in stimulierten Zellen im Bereich der apikalen Plasmamembran konzentriert vorliegt. Um herauszufinden welche Proteinphosphatase der PKA entgegenwirkt, wurden luminale pH-Messungen durchgeführt und der Effekt von spezifischen Proteinphosphatase-Inhibitoren und veresterten Komplexbildnern zweiwertiger Kationen auf die V-ATPase-Aktivität untersucht. Diese Messungen führten zu der Schlussfolgerung, dass eine Proteinphosphatase des Typs 2C an der Inaktivierung der V-ATPase beteiligt ist. Mit weiteren Phosphoproteinfärbungen konnte gezeigt werden, dass die Dephosphorylierung der Untereinheit C ebenfalls durch eine Proteinphosphatase 2C katalysiert wird und dies vermutlich die Dissoziation des VO- und V1-Komplexes begünstigt. Darüber hinaus konnte durch luminale pH-Messungen und ergänzende biochemische Untersuchungen eine Calcineurin-vermittelte Modulation des cAMP/PKA-Signalweges durch den parallel aktivierten IP3/Ca2+-Signalweg und damit einhergehend eine Beeinflussung der V-ATPase-Aktivität durch den [Ca2+]-Spiegel nachgewiesen werden.
Understanding the interactions of predators and their prey and their responses to environmental changes is one of the striking features of ecological research. In this thesis, spring dynamics of phytoplankton and its consumers, zooplankton, were considered in dependence on the environmental conditions in a deep lake (Lake Constance) and a shallow marine water (mesocosms from Kiel Bight), using descriptive statistics, multiple regression models, and process-oriented dynamic simulation models. The development of the spring phytoplankton bloom, representing a dominant feature in the plankton dynamics in temperate and cold oceans and lakes, may depend on temperature, light, and mixing intensity, and the success of over-wintering phyto- and zooplankton. These factors are often correlated in the field. Unexpectedly, irradiance often dominated algal net growth rather than vertical mixing even in deep Lake Constance. Algal net losses from the euphotic layer to larger depth were induced by vertical mixing, but were compensated by the input from larger depth when algae were uniformly distributed over the water column. Dynamics of small, fast-growing algae were well predicted by abiotic variables, such as surface irradiance, vertical mixing intensity, and temperature. A simulation model additionally revealed that even in late winter, grazing may represent an important loss factor of phytoplankton during calm periods when losses due to mixing are small. The importance of losses by mixing and grazing changed rapidly as it depended on the variable mixing intensity. Higher temperature, lower global irradiance and enhanced mixing generated lower algal biomass and primary production in the dynamic simulation model. This suggests that potential consequences of climate change may partly counteract each other. The negative effect of higher temperatures on phytoplankton biomass was due to enhanced temperature-sensitive grazing losses. Comparing the results from deep Lake Constance to those of the shallow mesocosm experiments and simulations, confirmed the strong direct effect of light in contrast to temperature, and the importance of grazing already in early spring as soon as moderate algal biomasses developed. In Lake Constance, ciliates dominated the herbivorous zooplankton in spring. The start of ciliate net growth in spring was closely linked to that of edible algae, chlorophyll a and the vertical mixing intensity but independent of water temperature. The duration of ciliate dominance in spring was largely controlled by the highly variable onset of the phytoplankton bloom, and little by the less variable termination of the ciliate bloom by grazing of meta-zooplankton. During years with an extended spring bloom of algae and ciliates, they coexisted at relatively high biomasses over 15-30 generations, and internally forced species shifts were observed in both communities. Interception feeders alternated with filter feeders, and cryptomonads with non-cryptomonads in their relative importance. These dynamics were not captured by classical 1-predator-1-prey models which consistently predict pronounced predator-prey cycles or equilibria with either the predator or the prey dominating or suppressed. A multi-species predator-prey model with predator species differing in their food selectivity, and prey species in their edibility reproduced the observed patterns. Food-selectivity and edibility were related to the feeding and growth characteristics of the species, which represented ecological trade-offs. For example, the prey species with the highest edibility also had the highest maximum growth rate. Data and model revealed endogenous driven ongoing species alternations, which yielded a higher variability in species-specific biomasses than in total predator and prey biomass. This holds for a broad parameter space as long as the species differ functionally. A more sophisticated model approach enabled the simulation of a continuum of different functional types and adaptability of predator and prey communities to altered environmental conditions, and the maintenance of a rather low model complexity, i.e., low number of equations and free parameters. The community compositions were described by mean functional traits --- prey edibility and predator food-selectivity --- and their variances. The latter represent the functional diversity of the communities and thus, the potential for adaptation. Oscillations in the mean community trait values indicated species shifts. The community traits were related to growth and grazing characteristics representing similar trade-offs as in the multi-species model. The model reproduced the observed patterns, when nonlinear relationships between edibility and capacity, and edibility and food availability for the predator were chosen. A constant minimum amount of variance represented ongoing species invasions and thus, preserved a diversity which allows adaptation on a realistic time-span.
Nob1 (New Zealand obese 1) bezeichnet einen Adipositas-QTL auf Chr. 5 der Maus (LODBMI >3,3), der in einem Rückkreuzungsexperiment der Mausstämme NZO (adipös) und SJL (schlank) identifiziert wurde. Um Kandidatengene für Adipositas zu finden, wurden mehr als 300 Nob1-Transkripte mit Hilfe von Genexpressionsanalysen auf Unterschiede in stoffwechselrelevanten Geweben zwischen beiden Mausstämmen untersucht. Sieben Gene zeigten eine differentielle Expression: 2310045A20Rik, Tbc1d1, Ppp1cb, Mll5, Insig1, Abhd1 und Alox5ap. Die codierenden Bereiche dieser Gene wurden anschließend auf Sequenzunterschiede zwischen NZO und SJL untersucht. Nur im Gen Tbc1d1, das im Peak-Bereich des Nob1 lokalisiert ist, wurde eine SJL-spezifische Deletion von sieben Basen detektiert, die zu einer Leserasterverschiebung und einem vorzeitigen Abbruch des Proteins in der funktionellen Rab-GAP-Domäne führt (Loss-of-Function-Mutation). Interessanterweise wurde eine Variante von TBC1D1 (R125W) in Kopplungsanalysen mit Adipositas beim Menschen assoziiert (Stone et al., 2006). TBC1D1 zeigt eine hohe Homologie zu TBC1D4 (AS160), das im Insulinsignalweg eine wichtige Rolle spielt. In 17 weiteren Genen im Peak-Bereich des Nob1 wurde keine weitere SJL-spezifischen Mutation detektiert. Bei NZO-Tieren erfolgte die Tbc1d1-mRNA-Expression vorwiegend in glycolytischen Fasern des Skelettmuskels. Zudem wurden zwei gewebsspezifisch exprimierte Tbc1d1-Isoformen identifiziert, die sich durch alternatives Splicen der Exone 12 und 13 unterscheiden. Die im Rahmen dieser Arbeit gefundenen Ergebnisse machen Tbc1d1 zu einem plausiblen Kandidatengen für den Nob1-QTL. Welche Funktion Tbc1d1 im Glucose- und Fettstoffwechsel des Skelettmuskels hat, muss in weiteren Analysen untersucht werden.
The introduction of a new powdery mildew disease on Rhus hirta in various parts of Germany (Brandenburg, Rhine- Westphalia, Sachsen-Anhalt and Saxony) is reported. The anamorph found on this host agrees well with the North American Podosphaera pruinosa. Although the teleomorph has not yet been found in Germany and a molecular study has not yet been possible due to the lack of fresh North American material for a comparison, there is little doubt that the European outbreak of the Rhus powdery mildew disease may be referred to as Podosphaera pruinosa. Morphology, taxonomy and distribution of Podosphaera species on Rhus and other hosts of the Anacardiaceae are discussed in detail.
Large oligomeric proteins are usually thought to fold and assemble hierarchically: Domains fold and coalesce to form the subunits, and folded subunits can then associate to form the multimeric structure. We have investigated the refolding pathway of the ;-sheet protein pea seed lectin using spectroscopic and hydrodynamic techniques. In vivo, it is proteolytically processed post-translationally, so that the single-domain subunits of the initial homodimer themselves become heterodimers of intertwined fragment polypeptide chains. Despite this complex topology, mature pea seed lectin reassembles with considerable efficiency at low total protein concentration (10 ;g/mL) and low temperature (10 °C), albeit very slowly (t1/2 ; 2 days). Contrary to expectations, the primary assembly product is not the intact ;-sheet domain, but the larger fragment chains first dimerize to form the native-like subunit interface. The smaller fragment chains then associate with this preformed dimer.