The tripeptides glutathione (GSH; γglutamyl-cysteinyl-glycine) and homoglutathione (hGSH; γglutamyl-cysteinyl-β-alanine) are abundant cytosolic tripeptides in legumes. The reactive cysteinyl sulphydryl group enables GSH or hGSH to act as the major cellular redox buffer through the formation of disulphides with other GSH/hGSH molecules. GSH can also form disulphides with cysteinyl groups within proteins, which is termed 5-thiolation, a reversible modification, protecting proteins from irreversible inactivation of thiol residues, as well as being important in regulating protein activity. Following treatment with fungal cell wall elicitors, plant cells produce reactive oxygen species (ROS) which results in cellular oxidative stress. In animal cells ROS generation induces antioxidant defences which include the accumulation of glutathione (GSH) and the formation of mixed disulphides between proteins and GSH. It was hypothesised that following treatment with a fringal elicitor, plant cells also thiolate proteins. It was of interest to determine how protein thiolation changed in response to changes in thiol metabolism known to occur during elicitation, as well as identifying proteins which underwent this modification. Using cell cultures of alfalfa (Medicago saliva L.), a leguminous plant containing both GSH and hGSH, changes in thiol content upon treatment with a fungal cell wall preparation elicitor were determined. By inhibiting protein synthesis and labelling the thiol pools with L-[(^35)S]cysteine, the degree and rate of protein mixed disulphide formation could be monitored in-vivo. To induce the elicitation response, alfalfa cell cultures were treated with a fungal cell-wall elicitor. Following elicitor treatment GSH, but not hGSH, was found to accumulate, with an associated increase in GSH, but not hGSH, forming mixed disulphide with protein. In order to use proteomic tools to identify thiolated proteins, the oxidative stress response in cell cultures of Arabidopsis, a GSH containing species, was then characterised. The level of protein-bound GSH was found to increase following treatment of cell cultures with the oxidant tert-hutyl hydroperoxide and this was associated with changes in cellular thiols. When proteins S-thiolated either in-vivo, or in-vitro, with [(^35)S]-GSH were resolved by SDS-PAGE under non-reducing conditions, a large number of radiolabelled polypeptides were identified in oxidatively stressed preparations. Testing the hypothesis that GSH-dependent enzymes may undergo S-thiolation, proteins which bound GSH were isolated from Arabidopsis using GSH-afFinity chromatography. A number of 30 kDa polypeptides were isolated and found to be S-thiolated under oxidative conditions in-vitro. Several of these were subsequently identified, notably members of the glutathione transferase (GST) superfamily. Representative recombinant GSTs from Arabidopsis, maize and soybean were expressed, Violated in-vitro and the effect on activity determined. Several thiolatable GSTs were identified from Arabidopsis, notably the members of the family of dehydroascorbate reductases (DHAR I, 11, III) and lambda GSTs. Further analysis by elecfrospray mass-spectroscopy confirmed the covalent binding of GSH to DHAR isoenzymes during in-vitro thiolation. It was concluded that S-thiolation of proteins is a commonly observed reversible modification of proteins in plants exposed to oxidative stress with potentially important consequences in cytoprotection and regulation.

This thesis explores the influence of social and environmental cues on the nest building behavior of leaf-cutting ants. Especially, the investigations are aimed at evaluating the mechanisms of nest building and how the nest environment can spatially guide building responses that lead to an adaptive nest architecture. The emergence of nest chambers in the nest of the leaf-cutting ant Acromyrmex lundi were evaluated. Rather than excavating nest chambers in advance, at places where workers encounter suitable environmental conditions for brood and fungus rearing, these items have to be present at a site. When presented in the laboratory with a choice between two otherwise identical digging sites, offering suitable environmental conditions, but one containing brood, the workers displayed a higher excavation activity at the site where they encountered the putative content of a chamber. The shape of the excavated cavity was also more round and chamber-like. It is concluded that leaf-cutting ants respond to social cues during nest building. Excavation is a costly process and colonies have to spend a part of their energy stores on nest building, so that regulatory responses for the control of nest excavation are expected to occur. Worker density at the beginning of the digging process influenced digging activity while the presence of in-nest stores did not. Stored brood and fungus did however influence the architecture of the excavated nest, leading to the excavation of larger chambers and smaller tunnels. While self-organized mechanisms appear to be involved in the nest building process, the social cues of the ants’ environment during building clearly influence the nest architecture and lead to an adjustment of the nest size to the current space needs of the colony. Workers secondarily regulated nest size by the opportunistic refilling of unused space with excavated soil pellets. As the ants should provide suitable conditions for brood and fungus rearing, they should show a behavioral response to CO2 concentrations, as the gas is known to hinder fungus respiration. Workers of A. lundi did indeed avoid high CO2-levels for fungus rearing but actually preferred CO2-values in the range encountered close to the soil surface, where this species excavates their nests. However, different CO2-levels did not affect their excavation behavior. While fungus chambers make up part of a leaf-cutting ant nest, most leaf-cutting ants of the genus Atta also spent part of the colony’s energy on excavating large, voluminous chambers for waste disposal, rather than scattering the material aboveground. It is expected that leaf-cutting ants also show environmental preferences for waste management. In experiments Atta laevigata workers preferred deposition in a warm and dry environment and showed no preference for specific CO2-levels. The continued accumulation of waste particles in a waste chamber seems to be based on the use of volatiles. These originate from the waste itself, and seem to be used as an orientation cue by workers relocating the material. The ensuing large accumulation of waste at one site should result in the emergence of more voluminous chambers for waste disposal. / Diese Arbeit erforscht den Einfluss von sozialen und Umwelt-Hinweisen auf das Nestbauverhalten von Blattschneider-Ameisen. Die Untersuchungen sind besonders darauf gerichtet, die Mechanismen des Nestbaus zu erforschen, und wie die Umgebung des Nestes Bau-Antworten räumlich beeinflussen kann, wodurch eine adaptierte Nestarchitektur entsteht. Die Entstehung von Nestkammern in Nestern der Blattschneiderameise Acromyrmex lundi wurde untersucht. Anstatt Nestkammern im Voraus zu graben, an Orten an denen Arbeiterinnen geeignete Umweltbedingungen für Brut- und Pilzwachstum vorfinden, müssen diese Elemente an dieser Stelle anwesend sein. Wenn Arbeiter im Labor die Wahl hatten, an identischen Grabeorten zu graben, aber ein Grabeort ebenfalls Brut anbot, kam es zu einer höheren Grabeaktivität an dem Ort, an dem der voraussichtliche Inhalt einer Kammer, Brut und Pilz, anwesend war. Die Form des gegrabenen Hohlraumes war außerdem runder und entsprach mehr der einer Kammer. Es wurde geschlussfolgert, dass Blattschneiderameisen auf die Anwesenheit dieser sozialen Hinweise während des Nestbaus reagieren. Graben ist ein kostspieliger Prozess und Kolonien müssen einen Teil ihrer Energiereserven für den Nestbau aufwenden. Daher werden regulatorische Prozesse für die Kontrolle des Nestgrabens erwartet. Die Dichte der Arbeiter zu Beginn des Grabeprozesses beeinflusste die Grabeaktivität, während die Anwesenheit von Brut und Pilz dies nicht taten. Anwesende Brut und Pilz beeinflussten hingegen die Architektur des gegrabenen Nestes und führten zum Graben von größeren Kammern und kleineren Tunneln. Während Mechanismen der Selbst-Organisation am Nestbau-Prozess beteiligt sind, beeinflussen die sozialen Hinweise während des Nest-Baus anscheinend die Nest-Architektur und führen zu einer Anpassung der Nestgröße an die momentanen Ansprüche der Kolonie. Arbeiterinnen regulierten sekundär die Nestgröße, indem sie opportunistisch ungenutzten Platz mit ausgegrabenen Pellets auffüllen. Da die Ameisen Brut und Pilz unter geeigneten Umweltbedingungen entwickeln sollten, sollten sie Verhaltensantworten auf verschiedene CO2 Konzentrationen zeigen, da es bekannt ist, dass das Gas die Atmung des symbiontischen Pilzes negativ beeinflussen kann. Arbeiter vermieden in der Tat 4% CO2, zogen aber Konzentrationen von 1% CO2 vor, wie sie auch in den oberflächennahen Erdschichten vorzufinden sind, in denen die untersuchte Art, Acromyrmex lundi, ihre Nester gräbt. Allerdings beeinflussten höhere CO2 Konzentrationen nicht die Grabeaktivität der Arbeiterinnen. Während die Pilzkammern einen Teil eines Blattschneider-Nestes bilden, so verwenden die meisten Arten der Gattung Atta auch einen Teil der Energie der Kolonie auf das Graben von großen, voluminösen Abfallkammern, anstatt das Material an der Erdoberfläche zu verstreuen. Es wird daher erwartet, dass Blattschneiderameisen während der Abfallentsorgung bestimmte Präferenzen für ihre Umwelt zeigen. In Experimenten präferierten Arbeiterinnen von Atta laevigata eine warme und trockene Umgebung, zeigten jedoch keinerlei Präferenz für die CO2 Konzentration ihrer Umgebung. Die kontinuierliche Anhäufung von Abfallpartikeln in einer Abfallkammer scheint auf der Wahrnehmung von Volatilen zu basieren. Diese scheinen vom Abfall selbst auszugehen und zur Orientierung der abfalltragenden Arbeiterinnen zu dienen. Die darauf erfolgende Anhäufung von Abfall an einem Ort sollte zur Entstehung von großvolumigen Kammern zur Abfallentsorgung führen.

Calcium ions can activate intracellular signalling cascades that control key functions in all types of neurons. These functions include neuronal excitability and excitation, synaptic plasticity, cell migration, transmitter release, gene transcription, and apoptosis. The major intracellular neuronal store for calcium is the endoplasmic reticulum (ER), a continuous and dynamic, membranous organelle that extends through all parts of neurons, from axons to dendrites. The calcium concentration in the ER is appr. one thousand fold higher than in the cytosol and this calcium gradient is built up by the sarco-/endoplasmic reticulum calcium ATPase (SERCA) pump that pumps calcium from the cytosol into the ER. Despite detailed knowledge about various induced calcium signals within neurons, it was still elusive, how resting neurons maintain their ER calcium content at rest. In order to shed light on the calcium homeostasis at rest, the targeted-esterase induced dye loading (TED) technique was improved. TED allows the direct and non-disruptive visualization of ER calcium in presence of extracellular calcium, thus enabling to visualize the dynamic flow of ER calcium. TED is based on the overexpression of an ER-targeted mouse carboxylesterase. Inside the ER the carboxylesterase cleaves the acetoxymethyl ester calcium dye Fluo5N, AM, thereby converting this dye into a calcium sensitive, low-affinity, cell membrane impermeable calcium indicator that is trapped in the ER. When bound to calcium ions and excited by fluorescent light, its fluorescence intensity increases one hundredfold compared to the calcium-free state. It was observed that calcium withdrawal from resting neurons led to a rapid loss of calcium from both the ER and the cytosol, which recovered upon calcium re-addition. It was concluded that a strong calcium influx and efflux must exist under resting conditions that maintain a constant calcium concentration in neurons at rest. TED calcium imaging could visualize this resting calcium influx event. When the inhibitor of store-operated calcium entry (SOCE), SKF-96365, was acutely added to neurons an immediate decline in ER calcium levels was observed, whereas cytosolic calcium levels remained constant. Based on these findings, a novel calcium homeostasis model is proposed in which a strong SOCE-like calcium influx and a corresponding calcium efflux maintain the ER calcium levels at rest. These fluxes are adapted to disturbances in order to maintain a constant calcium level in resting neurons. This study visualizes for the first time the resting calcium flow into the ER. The calcium enters the neurons via a store-operated calcium entry-like mechanism, a form of calcium influx that was thought to be induced by signalling events. / Kalzium kann intrazelluläre Signalkaskaden aktivieren und somit Schlüsselfunktionen in allen Typen von Neuronen kontrollieren. Diese Schlüsselfunktionen umfassen Zellmigration, Freisetzung von Neurotransmittern, synaptische Plastizität, Transkription von Genen und Apoptose. Der wichtigste Speicher für Kalzium in Neuronen ist das endoplasmatische Retikulum (ER); ein kontinuierliches, membranumschlossenes Zellorganell, das sich in alle Teile von Neuronen erstreckt, von Axonen bis zu Dendriten. Im ER ist die Kalziumkonzentration ca. eintausendmal höher als im Zytosol. Dieser Kalziumgradient wird von der sogenannten SERCA, der sarco-/endoplasmic reticulum calcium ATPase, Kalziumpumpe aufrechterhalten, die Kalziumionen aktiv vom Zytosol in das Innere des ER pumpt. Obwohl die einzelnen induzierten Kalziumsignalwege in Neuronen gut untersucht sind, war es lange nicht bekannt wie es Neuronen gelingt die hohe Kalziumkonzentration des ERs in Ruhe aufrechtzuerhalten. Um diese Frage zu klären wurde die sogenannte targeted-esterase induced dye loading (TED) Technik verbessert. TED ermöglicht es ER Kalzium direkt, in intakten Neuronen und in Gegenwart von extrazellulärem Kalzium sichtbar zu machen. Dadurch wird es möglich den Kalziumstrom des ERs direkt zu beobachten. TED beruht darauf, dass eine für das ER bestimmte Carboxylesterase der Maus überexprimiert wird, die sich im ER ansammelt. Im Inneren des ERs wandelt dieses Enzym den synthetischen Kalziumfarbstoff Fluo5N, AM um, der zur Gruppe der Acetoxymethyl-ester gehört. Dadurch wird aus diesem Farbstoff ein kalzium-sensitiver, niedrig-affiner Kalziumindikator, der nicht mehr permeabel für biologische Membranen ist und daher im ER verbleibt. In seiner Kalzium-gebunden Form erhöht sich die Fluoreszenz dieses Indikators einhundertfach im Vergleich zur Kalzium-ungebunden Form, wenn er durch Fluoreszenzlicht angeregt wird. Es wurde beobachtet, dass der Entzug von extrazellulärem Kalzium zu Verlust von Kalzium im ER und Zytosol von Neuronen führt. Bei Rückgabe des Kalziums erholt sich die Kalziumkonzentration wieder. Daraus wurde gefolgert, dass es bei Neuronen in Ruhe einen starken Einstrom und Ausstrom von Kalzium geben muss. Diese Ströme halten den Kalziumgehalt der Neurone konstant. Wenn SKF-96365, ein Inhibitor des sogenannten store-operated calcium entry (SOCE), akut auf die Neurone appliziert wurde, wurde sofort ein Abfall der ER Kalziumkonzentration beobachtet, wohingegen die Kalziumkonzentration des Zytosols gleich blieb. Aufgrund dieser Ergebnisse kann ein neues Kalziumhomöostase-Modell für Neurone vorgeschlagen werden: In ruhenden Neuronen halten ein starker SOCE-ähnlicher Kalziumeinstrom und ein entsprechender Kalziumausstrom den Kalziumgehalt des ERs aufrecht. Diese Ströme werden an Störungen angepasst um eine konstante Kalziumkonzentration zu erreichen. In dieser Studie wird zum ersten Mal der Ruhestrom von Kalzium in das ER sichtbar gemacht. Kalzium gelangt über einen store-operated calcium entry -ähnlichen Mechanismus in die Neurone. Bisher dachte man, dass diese Art von Kalziumeinstrom nur nach Aktivierung von Signalen stattfindet.

Pollenschläuche sind ein Modellsystem zur Untersuchung pflanzlicher Wachstumsprozesse. Zellwachstum in Pollenschläuchen zeichnet sich durch den gerichteten Transport und Fusion von Vesikeln mit der apikalen Zellmembran des Pollenschlauchs aus. Der Vesikeltransport erfolgt entlang des Pollenschlauchs durch Aktin-Filamente bis an die Organell- und Zytoskelett-freie apikale Zone, wo sich die Vesikel sammeln und in oszillierenden Wachstumsschüben mit der apikalen Zellmembran fusionieren (Yang et al., 1998; Zonia et al., 2001, Gu et al., 2005; Chen et al., 2003; Gu et al., 2005; de Graaf et al., 2005; Lee et al., 2008; Cheung et al., 2010; Quin und Yang et al., 2011). Die polaren Wachstumsprozesse des Pollenschlauches sind an ein Ionenflussmuster gekoppelt, welches durch den Einsatz der Vibrating Probe-Technik zeitlich aufgelöst werden konnten. Es konnte ein zeitversetzter oszillierender Einstrom von Calcium, Kalium und Protonen sowie der zeitgleich mit den Wachstumsschüben auftretende oszillierende Ausstrom von Chlorid aus der Pollenschlauchspitze nachgewiesen werden (Kühtreiber und Jaffe et al., 1990; Holdaway-Clarke et al., 1997; Feijo et al., 1999, Messerli et al., 1999, Zonia et al., 2001). Die Inhibierung des Chloridausstroms resultiert in einem sofortigen Wachstumsstopp und verdeutlicht die Notwendigkeit des Anionenausstroms für das polare Zellwachstum in Pollenschläuchen (Breygina et al., 2009). Durch die in dieser Arbeit durchgeführten Experimente konnten die an dem Anionenausstrom beteiligten Anionenkanäle, sowie deren Ca2+-abhängigen regulatorischen Komponenten identifiziert und mit Hilfe der TEVC-Technik elektrophysiologisch an intakten Arabidopsis thaliana-Pollenschläuchen charakterisiert werden. Weiterhin konnte die physiologische Rolle der für den Anionenausstrom verantwortlichen Kanäle auf das polare Zellwachstum in Arabidopsis thaliana Pollenschläuchen nachgewiesen werden. Durch Transkriptionsanalysen wurde die Expression des S-Typ-Anionenkanals SLAH3 sowie der R-Typ-Anionenkanäle ALMT12, ALMT13 und ALMT14 in Arabidopsis thaliana Pollenschläuchen belegt und deren transkriptionelle Regulation durch die Anionenkonzentration und Komposition des Keimungsmediums nachgewiesen werden. Eine elektrophysiologische Charakterisierung an intakten Arabidopsis thaliana Pollenschläuchen konnte sowohl einen Anstieg der SLAH3 vermittelten S-Typ-Ströme, als auch ALMT12-, ALMT13- und ALMT14 vermittelte R Typ-Anionenströme bei steigenden Anionenkonzentrationen im Keimungsmedium nachweisen. Die Charakterisierung der Verlustmutanten von SLAH3, ALMT12, ALMT13 und ALMT14 resultierte in einer Abnahme des Anionenausstroms und einer Reduktion des Längenwachstums der getesteten Mutanten. Es konnten ebenfalls die regulatorischen Komponenten der Signalkette zur Anionenkanalaktivierung identifiziert werden. Die Aktivierung von SLAH3 und ALMT12 durch die Calcium-abhängigen Kinasen CPK2, CPK20 und CPK6 aus Arabidopsis thaliana Pollenschläuchen konnte mittels einer Kombination von elektrophysiologischen- und molekularbiologischen Techniken nachgewiesen werden. Somit wurden nicht nur die für den Anionenausstrom verantwortlichen Anionenkanäle identifiziert, sondern auch die Signalkette zu deren Aktivierung durch spitzenlokalisierte Calcium-abhängige Kinasen aufgeklärt werden. Diese Signalkaskade führt ebenfalls durch die artifizielle Erhöhung der zytoplasmatischen Calciumkonzentration durch das Calcium-Ionophor A23187 zu einem Anstieg des S Typ- und R Typ Anionenkanalaktivität in Arabidopsis thaliana-Pollenschläuchen. Eine intensivere Charakterisierung des entdeckten Calcium-vermittelten Anionenausstroms erfolgte am transgenen pLat52-Chlorid-Sensor bzw. an YC3.6 Tabak Pollenschläuchen durch die Kombination von TEVC-Technik und Fluoreszensmikroskopie. Dies ermöglichte die simultane Messung der zytoplasmatischen Calcium- bzw. Chloridkonzentration in Nicotiana tabacum Pollenschläuchen bei gleichzeitiger Ableitung der Ganzzellströme. Die elektrophysiologische und fluoreszenzmikroskopische Charakterisierung erbrachte erstmals den Nachweis für eine exklusive Lokalisation von hyperpolarisations-aktivierten Calciumkanälen in der Pollenschlauchspitze, welche sich durch die Verwendung der TEVC-Technik gezielt aktivieren ließen. Diese Aktivierung der spitzenlokalisierten Calciumkanäle induziert den Anionenausstrom durch den Anstieg der apikalen Calciumkonzentration. Die Inhibierung der Calciumkanäle durch den Calciumkanalblocker Lanthan führt zu einem vollständigen Verlust des Calciumeinstroms und des daraus resultierenden Anioneneinstroms. Durch die Inhibierung der Calciumkanäle kommt es gleichzeitig zu einer Akkumulation von Chlorid in der apikalen Zone, die zum Anschwellen der Pollenschlauchspitze führt. Die Inhibierung der Anionenkanäle durch Niflumsäure hat hingegen keinen Einfluss auf den spitzenlokalisierten Calciumeinstrom, sondern reduziert nur den gemessenen Anionenausstrom. Somit wird ein kausaler Zusammenhang zwischen der Erhöhung der apikalen Ca2+-Konzentration und einer Anionenkanalaktivierung weiter verdeutlicht. Durch die Anwendung der TEVC-Technik an intakten Pollenschläuchen konnten erstmals Aktionspotenzial ähnliche Depolarisierungstransienten, welche sich auf die apikale Zone des Pollenschlauchs beschränken und zeitgleich mit dem Anionenausstrom stattfinden, nachgewiesen werden. Durch diese Arbeit kann erstmals ein Modell des Calcium-vermittelten oszillierenden Anionenausstroms aus der Pollenschlauchspitze aufgestellt werden. Dieses verknüpft die Regulation der beteiligten R-Typ-Anionenkanäle ALMT12, ALMT13 und ALMT14 und des S-Typ-Anionenkanals SLAH3 durch die Calcium-abhängigen Kinasen CPK2, CPK20 und CPK6 mit dem spitzenlokalisierten oszillierenden Calciumeinstrom. Das Modell verdeutlicht die physiologische Bedeutung des simultanen Ca2+-Ein- und Anionenausstroms für das polare Zellwachstum von Pollenschläuchen. / In this study pollen tubes were used as a model cell system to study plant polar growth. Polar cell growth is characterized by a vectorial transport of vesicles to the apical dome of pollen tubes. Vesicles fuse with the apical plasma membrane leading to a polar elongation of the tube tip. Vesicle transport to the clear zone is mediated by F actine bundles and these vesicles serve as a pool of membranes for the surface increase. In an oscillatory growth pulse the vesicle move from the clear zone to the apical plasma membrane in order to fuse with the plasma membrane (Yang et al., 1998; Zonia et al., 2001, Gu et al., 2005; Chen et al., 2002; Gu et al., 2005; de Graaf et al., 2005; Lee et al., 2008; Cheung et al., 2010; Quin und Yang et al., 2011). Pollen tube elongation is associated with a distinct pattern of ion fluxes that cannot be uncoupled from the growth process. A tip localized influx of calcium, potassium and protons, as well as the simultaneous oscillatory apical efflux of chloride are features of growing pollen tubes (Kühtreiber und Jaffe et al., 1990; Holdaway-Clarke et al., 1997; Feijo et al., 1999, Messerli et al., 1999, Zonia et al., 2001). Inhibition of apical chloride efflux leads to an instantaneous pollen tube growth arrest (Breygina et al., 2009) demonstrating the importance of the oscillatory apical chloride efflux for cell elongation. Within the framework of this dissertation, I was able to identify the anion channels responsible for anion fluxes and to characterize the regulatory components for channel activation by using the TEVC technique in intact pollen tubes. A quantitative analysis of ion channel transcripts in Arabidopsis thaliana pollen tubes via qRT-PCR demonstrated the expression of the S-type anion channel SLAH3, the R-type anion channels ALMT12, ALMT13 and ALMT14 as well as their transcriptional regulation by different anion concentrations. The electrophysiological characterization of the anion currents in intact pollen tubes revealed an anion concentration that depends on an increase in SLAH3 mediated S-type currents and ALMT12, ALMT13 and ALMT14 mediated R-type currents with rising anion concentrations in the germination medium. The electrophysiological characterization of slah3, almt12, almt12 x almt13 and almt12 x almt14 knock-out mutant pollen tubes resulted in decreased anion currents and a reduction in pollen tube length compared to the wild-type. An activation of SLAH3 and ALMT12 by the calcium dependent kinases CPK2, CPK20 and CPK6 in Arabidopsis thaliana pollen tubes was proven with a combination of electrophysiological and molecular biology techniques. Strong evidence is presented here for the regulation of oscillatory anion efflux by simultaneous calcium influx at the pollen tube tip via calcium dependent kinases. An increase of the cytoplasmic calcium concentration by the calcium ionophore A23187 leads to an increase of S-type and R-Type anion channel current in Arabidopsis thaliana pollen tubes. In order to substantiate the hypothesis of a Ca2+-dependent anion channel activation mechanism in pollen tubes a combination of TEVC technique and fluorescence microscopy was applied with transgenic tobacco pollen tubes expressing the genetically encoded anion- and Ca2+-reporters Cl--Sensor and YC3.6, respectively. This technique enabled the simultaneous measurement of the cytoplasmic calcium- or chloride concentration along with voltage-clamp experiments. The application of 1 sec lasting hyperpolarization pulses with the TEVC technique and simultaneous live-cell Ca2+- and anion imaging demonstrated the existence of hyperpolarization activated calcium channels in the pollen tube tip. The activation of the tip localized calcium channels by -200 mV pulses evoked a decrease in apical anion concentration depending on an elevation of the calcium concentration at the pollen tube tip. Inhibition of the calcium channels by lanthan abolished the calcium influx and subsequently the anion efflux. Inhibiting the Ca2+ channels resulted in an apical accumulation of the cytoplasmic anion concentration and led to pollen tube tip swelling. Anion channel inhibition by niflumic acid did not alter tip localized calcium influx providing sufficient evidence for a causal relationship between Ca2+- and anion channel activity. Furthermore, evidence is presented for the existence of membrane potential spikes in the pollen tube tip caused by the Ca2+-dependent anion channel activation that look very similar to action potentials and were located in the pollen tube tip. This local restriction of the Ca2+-dependent anion channel activation to the region of growth shows the necessity of the anion efflux for the pollen tube elongation. On the basis of this dissertation I was able to propose a model of a calcium-dependent anion channel activation mechanism in the pollen tube tip, which involves the R-type anion channels ALMT12, ALMT13 and ALMT14 and the S-type anion channel SLAH3 being regulated by the calcium dependent kinases CPK2, CPK20 and CPK6. The model highlights the physiological relevancy of the interplay between the tip focused anion efflux and Ca2+ influx for the pollen tube growth process.

No description available.

No description available.

No description available.

No description available.

No description available.

Leptin is produced primarily by white adipose tissue but also by brown adipose tissue (BAT) and the placenta. It has a major physiological role in the control of energy balance. BAT is critically important for the initiation of non-shivering thermogenesis in precocial newborns through the uncoupling protein, UCP1 unique to BAT. This is particularly important in neonatal lambs and infants in which levels of UCP1 peak at birth concomitant with a peak in plasma leptin and a surge in Cortisol. Other mitochondrial proteins may contribute to this effect e.g. VDAC which is located in the outer mitochondrial membrane. The aim of this thesis was to: 1. investigate the role of the late gestation Cortisol surge on BAT development 2. investigate the effect of route of delivery on subsequent neonatal plasma leptin concentrations 3. assess the effect of leptin administration to neonatal lambs on thermoregulation Late gestation fetuses were infused with Cortisol or saline or underwent adrenalectomy or sham operation. BAT was sampled at 129 and 144 days of gestation, respectively. UCPl abundance was significantly increased in the animals receiving Cortisol treatment compared to controls and was significantly reduced in adrenalectomised animals. Plasma leptin was analysed from lambs delivered vaginally or near term by caesarean section (CS). Cord plasma leptin decreased significantly after birth, an adaptation that was delayed by CS delivery. Acute and chronic administration of leptin to neonatal lambs improved thermoregulation by preventing a decline in body temperature. Chronic leptin treatment over 7 days (lOOp-g daily) promoted the loss of UCP1 mRNA and protein, but had no deleterious effects on body temperature. Polyclonal antibodies were developed against mitchondrial voltage-dependent anion channel (VDAC). The postnatal ontogeny of VDAC was found to be similar to that of UCP1 and cytochrome c, with abundance peaking around one day of age. VDAC was found in high abundance in organs with high metabolic requirements such as heart, muscle and BAT. These results suggest that VDAC is involved in ensuring BAT maintains a maximal rate of thermogenesis after birth. In conclusion, I have shown for the first time that leptin has an important role in thermogenesis during the transition from fetal to neonatal life. This is attenuated in CS animals, possibly linked to a reduced sympathetic nervous system activity. The rapid loss of UCP1 mRNA, which occurs within the first few days of life, appears to be modulated by leptin, possibly stimulating the development of white adipose tissue and generation of body heat through mechanisms other than nonshivering thermogenesis in BAT. VDAC may be important during this period in ensuring adequate substrate delivery to BAT. Intact adrenal glands are also necessary for the increase in UCP1 abundance during late gestation, an effect mediated in part by Cortisol. NB. This ethesis has been created by scanning the typescript original and may contain inaccuracies. In case of difficulty, please refer to the original text.