Zellstress in Form von lytischer Herpes-simplex-Virustyp-1-Infektion, Hitze und Salzstress führt dazu, dass die RNA-Polymerase II über das 3'-Ende von manchen Genen hinaus transkribiert. Dies geht bei Herpes-simplex-Virustyp-1-Infektion teilweise mit offenem Chromatin nach dem 3'-Ende einher. In dieser Arbeit wurden verschiedene Methoden getestet, um diese Effekte genomweit zu eruieren. Dabei wurden die Peak-Caller ATAC-seq-Pipeline, F-Seq, Hotspots und MACS2 getestet sowie mit der Hilfsgröße „downstream Open Chromatin Regions“ gearbeitet. Weiterhin wurde das R-Skript „Pipeline for ATAC-seq and 4sU-seq plotting“ entwickelt, mit dem sich die Dynamik der oben beschriebenen Effekte zeigen lässt: Die Offenheit des Chromatins ist bei Herpesinfektion zusätzlich zur Erhöhung nach dem 3'-Ende generell erhöht. Die Transkription der RNA-Polymerase II über das 3'-Ende hingegen nimmt nach 75k Basenpaaren rapide ab. Die Ergebnisse des R-Skripts im Bezug auf Salz und Hitzestress decken sich mit vorbeschriebener Literatur, in der gezeigt wurde, dass eine Erhöhung der Offenheit des Chromatins nach dem 3'-Ende nicht stattfindet. / Cell stress in the form of lytic herpes simplex virus type 1 infection, heat, and salt stress causes RNA polymerase II to transcribe beyond the 3' end of some genes. This is sometimes associated with open chromatin beyond the 3' end in herpes simplex virus type 1 infection. In this work, several methods were tested to elicit these effects genome-wide. The peak caller ATAC-seq-Pipeline, F-Seq, hotspots, and MACS2 were tested, and the auxiliary variable "downstream open chromatin regions" was used. Furthermore, the R script "Pipeline for ATAC-seq and 4sU-seq plotting" was developed to show the dynamics of the effects described above: Chromatin openness is generally increased in herpes infection in addition to being increased after the 3' end. In contrast, RNA polymerase II transcription across the 3' end decreases rapidly after 75k base pairs. The results of the R-script in relation to salt and heat stress are consistent with pre-described literature showing that an increase in chromatin openness after the 3' end does not occur.

Climate change and associated extreme weather events are a threat not only for agricultural yields but the plant kingdom in general. Therefore, there is a great necessity to better understand the plants' intrinsic mechanisms to combat heat stress. The plant heat stress response already has been investigated in many studies, including the role of HSFA1 transcription factors as the central regulators. Other aspects such as the initial perception of heat and the role of heat-induced changes in plant metabolism are rather unknown. In this thesis, the natural variation of 250 different accessions of Arabidopsis thaliana was investigated regarding the temperature-dependent accumulation of raffinose and triacylglycerols. A connection between these phenotypes and respective genotypes was established using genome-wide association studies. As a result, the candidate gene TREHALOSE-6-PHOSPHATE SYNTHASE 1 (TPS1), was identified. Enzymatic TPS1 is responsible for the synthesis of trehalose 6-phosphate (T6P), which serves as an indicator and regulator of sucrose homeostasis. Subsequent analyses using tps1 tilling mutants demonstrated a link between T6P metabolism and an increased accumulation of various soluble carbohydrates and starch, including raffinose both under control conditions and during heat exposure. Furthermore, the mutant lines displayed enhanced thermotolerance and survival rates following long-term heat stress. Transcriptome analyses, however, did not show any difference in the regulation of canonical heat stress-associated genes. Instead, genes related to photosynthesis were overrepresented among the differentially upregulated genes in tps1 tilling lines during heat exposure. In this work, a direct connection of T6P signaling, sucrose homeostasis, and thermotolerance is shown for the first time. In a second project, two Arabidopsis thaliana accessions (Oberursel-0, accession ID: 7276; Nieps-0, accession ID: 7268) showing distinct capacities to acquire short-term thermotolerance were compared to identify the putative causative regulators or mechanisms that lead to the different levels of thermotolerance. An examination of the transcriptomes of 7268 and 7276 showed that several hundreds of genes were already differentially regulated within 10 minutes of exposure to 32 °C or 34 °C. Among these, several genes associated with sulfur metabolism were more highly induced in the more thermotolerant accession 7268. However, experimental as well as genetic manipulation of sulfur availability and metabolism did not result in altered thermotolerance. In addition to sulfur-related genes, most of the canonical heat stress-associated genes were more highly expressed in 7268 than in 7276. While we could not identify a causative regulator or mechanism of differential thermotolerances, the data strongly suggests that 7268 either has a higher overall sensitivity, i.e., the heat stress response is initiated at lower temperatures, or stronger overall heat stress response when exposed to a certain elevated temperature. / Der Klimawandel und die damit einhergehenden extremen Wetterereignisse stellen eine große Bedrohung für den Ertrag der Landwirtschaft aber auch das Reich der Pflanzen im Allgemeinen dar. Es ist daher von großer Notwendigkeit, die der Pflanzen intrinsischen Mechanismen zur Bekämpfung von Hitzestress besser zu verstehen. Die hierbei zugrundeliegende Hitzestressantwort der Pflanzen ist bereits durch viele Studien untersucht worden, unter anderem die Rolle von HSFA1 Transkriptionsfaktoren als zentrale Regulatoren. Andere Aspekte wie die initiale Wahrnehmung von Hitze sowie die Rolle von hitzeinduzierten Veränderungen des Pflanzenmetabolismus sind eher unbekannt. In dieser Thesis wurde die natürliche Variation von 250 Populationen von Arabidopsis thaliana hinsichtlich der temperatur-abhängigen Akkumulation von Raffinose und Triacylglycerolen untersucht. Ein statistischer Zusammenhang dieser Phänotypen sowie zugrundeliegender Genotypen wurde mittels Genomweiter Assoziationsstudien erstellt. Als Ergebnis konnte das Kandidatengen Trehalose-6-Phosphate Synthase 1 (TPS1) identifiziert werden. Das Enzym TPS1 ist verantwortlich für die Synthese von T6P, welches als Indikator sowie Regulator der Homöostase von Saccharose fungiert. Folgestudien an tps1 tilling lines konnten sowohl unter Kontrollbedingungen als auch bei Hitzestress einen Zusammenhang zwischen dem T6P Metabolismus und einer erhöhten Akkumulation von Raffinose, weiterer löslicher Zucker, sowie Stärke nachweisen. Des Weiteren zeigten die tps1 tilling lines eine erhöhte Thermotoleranz und Überlebensrate gegenüber Langzeit-Hitzestress. Eine Analyse der Transkriptome zeigte keinen Unterschied in der Regulation klassischer Hitzestress-assoziierter Gene. In beiden tps1 tilling lines war in Folge von Hitzestress eine Überrepräsentation von signifikant hochregulierten Genen vorzufinden, welche mit der Photosynthese der Pflanze assoziiert sind. In dieser Arbeit konnte erstmalig ein direkter Zusammenhang von T6P Signaling, Zucker-Homöostase und Thermotoleranz gezeigt werden. In einem zweiten Projekt wurden zwei Arabidopsis thaliana Populationen (Oberursel-0, Populations-ID: 7276; Nieps-0, Populations-ID: 7268) verglichen, welche deutliche Unterschiede in ihrer Fähigkeit der kurzzeitig akquirierten Thermotoleranz aufweisen. Ziel war hierbei die Identifikation etwaiger kausaler Regulatoren oder Mechanismen, welche zu den unterschiedlich ausgeprägten Thermotoleranzen führen. Eine Untersuchung der Transkriptome von 7268 und 7276 konnte zeigen, dass bereits nach 10 Minuten einer 32 °C oder auch 37 °C Hitzebehandlung hunderte von Genen differentiell reguliert sind. Hierbei waren in der hitzetoleranteren Population 7268 mehrere Gene, welche mit dem Schwefel-Metabolismus assoziiert sind, im Vergleich zu 7276 höher exprimiert. Jedoch hatten sowohl die experimentelle Schwefelverfügbarkeit als auch die genetische Manipulation des Schwefelmetabolismus keinen Effekt auf die Thermotoleranz. Neben den Schwefel-assoziierten Genen waren auch die meisten der klassischen Hitzestress-assoziierten Gene in 7268 höher exprimiert als in 7276. Zwar konnte kein kausaler Regulator oder Mechanismus für die unterschiedlichen Thermotoleranzen identifiziert werden, jedoch weisen die generierten Daten auf eine allgemein stärkere Hitzestressantwort oder aber eine höhere Hitzesensitivität von 7268 gegenüber 7276 hin.

Hitzestress ist ein bekanntes Problem bei Milchkühen, die aufgrund ihrer Größe und Leistung besonders empfindlich gegenüber thermischen Belastungen sind. Bei fortschreitender Erderwärmung und einer Fortsetzung der Zucht auf hohe Milchleistungen wird dieses Problem in den kommenden Jahren bedeutsamer. Ziel des Projektes war es, den Einfluss von natürlich vorkommenden thermischen Belastungen auf Gesundheits- und Leistungsparameter bei Milchkühen unter praxisnahen Bedingungen und beim Einsatz von Pflanzenkohle als Futtermittel in hoher zeitlicher Auflösung zu untersuchen, um die Ergebnisse mit Untersuchungen in Klimakammern zu vergleichen und deren Übertragbarkeit in die praktische Tierhaltung zu beurteilen.

Aufgrund der zu erwartenden Klimaveränderungen, insbesondere durch eine Erhöhung der Temperaturen und einer Zunahme der Extremsituationen (Hitze- und Kälteperioden), sollte vermehrt über Effekte von Hitzestress auf das Wohlbefinden und Leistungsvermögen von Tieren nachgedacht werden. Um den Einfluss von klimatischen Bedingungen (Temperatur und Temperatur-Humiditäts Index) auf die Gesundheit und das Leistungsvermögen von Milchkühen zu untersuchen, wurden drei Studien durchgeführt. Zuerst wurden die Auswirkungen des Temperatur-Humiditäts Index (THI) auf die Behandlungsfrequenz von Milchkühen ermittelt. Hierfür wurden die Daten aus den Bestandsbüchern von 2003 und 2005 von acht Milchviehbetrieben ausgewertet. Die Behandlungen wurden in vier Komplexe unterteilt: Stoffwechsel, Fruchtbarkeit, Euter und Klauen, wobei 37,4% der Behandlungen zum Stoffwechsel-, 32,9% zum Euter-, 21,6% zum Fruchtbarkeits- und 8,1% zum Klauenkomplex gehörten. Es zeigten sich ein tendenzieller Anstieg der Stoffwechselinzidenzen mit steigendem THI und ein nicht signifikanter Anstieg von Euterbehandlungen mit abfallendem THI. Die zu analysierenden Daten bezüglich des Einflusses auf das Leistungsvermögen wurden im Rahmen eines einjährigen Feldversuches vom April 2010 bis März 2011 aufgenommen. Hierfür wurden aus einem Pool von niedersächsischen Milchviehbetrieben 20 Betriebe mit unterschiedlichen Haltungssystemen (gedämmte und ungedämmte Laufställe mit und ohne Weidegang) ausgewählt. Auf diesen Betrieben wurden klimatische Werte (Stalltemperatur, relative Stallluftfeuchtigkeit und THI) als auch Herden- bzw. tierindividuelle Leistungsdaten (4% fettkorrigierte Milchmenge (FCM), Milchinhaltsstoffe und somatischer Zellscore (SCS)) anhand von Tankmilchproben bzw. Einzeltiermilchproben im Rahmen der Milchleistungsprüfung erfasst. Insgesamt wiesen die Untersuchungen unterschiedlich hohe Hitzestresseffekte auf die Milchleistung, Milchinhaltsstoffe und den SCS in den verschiedenen Haltungssystemen auf. Für die Milchmenge ergaben sich Regressionskoeffizienten von -0,12 kg FCM/THI und -0,11 kg FCM/THI bei gedämmten Laufställen ohne und mit Weidegang sowie -0,21 kg FCM/THI für Außenklimaställe ohne und mit Weidegang. Für den SCS ergaben sich bei den Stallhaltungssystemen Regressionskoeffizienten von +0.03 SCS/THI für gedämmte Systeme und +0,07 SCS/THI für Außenklimaställe. Basierend auf den Ergebnissen der Arbeit kann geschlussfolgert werden, dass Milchkühe in Niedersachsen während der Sommermonate Hitzestress ausgesetzt waren, wohingegen sich die Auswirkungen je nach Haltungssystem differenziert darstellten. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass in dem System mit gedämmtem Dach niedrigere Auswirkungen mit steigendem THI zu finden waren.

Hitzestress beeinflusst nicht nur das Wohlbefinden, sondern vor allem auch die menschliche Gesundheit. Während Hitzestress im Außenraum bereits detailliert untersucht wurde, gibt es nur wenige Studien, welche sich mit thermischen Belastungen im Innenraum befassen. Dabei hält sich die Bevölkerung der Industriestaaten im Durchschnitt durchschnittlich 90 % des Tages im Innenraum auf. Analysen der klimatischen Bedingungen im Innenraum sind essenziell, um zugrundeliegende Prozesse zu verstehen, die Auswirkungen auf den Menschen zu erfassen und passende Anpassungsstrategien entwickeln zu können. Ziel der Arbeit ist es daher, verschiedene Innenraumklimata zu untersuchen und zu bewerten. Zur Untersuchung ihrer Charakteristika wurden Räume ohne Nutzerverhalten innerhalb eines Gebäudes bemessen und analysiert. Die Ergebnisse wurden dann verwendet, um ein detailliertes Innenraummesssystem zu entwickelt und an verschiedenen Standorten in Berlin aufzubauen. Die erhobenen Daten wurden dann verwendet, um die Variabilität von Hitzestress im Innenraum zeitlich und räumlich anhand des UTCI (Universal Thermal Climate Index) zu untersuchen. Den Abschluss bilden umfangreiche Analysen zu den Einflüssen von Innenraum- und Außenraumtemperaturen auf die Mortalität mittels Generalisierter Additiver Modelle (GAM). Die Ergebnisse zeigen, dass Hitzestress im Innenraum eine ernstzunehmende Gefahr darstellt. Alle Untersuchungsräume weisen hohe thermische Belastungen auf. UTCI Werte im Innenraum schwanken innerhalb eines Gebäudes und weisen im Vergleich zum Außenraum sehr hohe Belastungswerte während der Nacht auf. Die höchsten Werte wurden in modernen Gebäuden mit großen Fensterflächen ermittelt. Bezüglich der unterschiedlichen Einflussfaktoren auf das Innenraumklima konnte das Außenklima als wichtigste Einflussgröße bestätigt werden. Des Weiteren zeigt sich, dass die Innenraumtemperatur im Vergleich zur Außenraumtemperatur ein ebenso guter Prädiktor für Mortalität ist. / Heat stress influences not only the comfort of humans but also human health. Heat stress in outdoor environments has been investigated extensively, whereas only a few studies have focused on indoor environments. People in industrialized countries spend approximately 90 % of their day in confined spaces. Analyses of indoor climatic conditions are essential to understanding the underlying processes, determining the impacts on humans and developing appropriate adaptation measures. The aim of this work is to investigate and assess different indoor climates and provide a valuable contribution to future research questions. To analyze indoor climate characteristics or, rather, the influence of different meteorological parameters, the indoor climate in four rooms in one building without user behavior was measured and examined. The results were used to establish a detailed indoor measurement system at different study sites distributed over Berlin. The gathered data were then used to assess indoor heat stress variability on a temporal and spatial scale using the UTCI (Universal Thermal Climate Index). Finally, an extensive analysis of the influence of indoor climate and outdoor climate on mortality was conducted by applying generalized additive models (GAM). The results indicate that indoor heat stress is a severe threat. All study rooms experienced high thermal loads, regardless of the building type they were located in or their location within the building. Indoor UTCI values varied within buildings and further exhibited very high heat stress levels during night compared to outdoors. The highest values were measured in modern buildings with a high percentage of windows. Among the different driving factors of indoor climate, outdoor climate was confirmed to have the highest impact. Moreover, this thesis shows that indoor air temperature is an equally good predictor of mortality compared to outdoor climate.

Die Erhöhung der tierischen Leistung von Nutztieren in den Tropen kann am schnellsten durch Kreuzungszucht realisiert werden. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Leistung von Kamerun-Schafen (C) und Ihren Kreuzungen (Kamerun x Fleischschaf, F1) und (F2 aus Kamerun x Milchschaf) unter verschiedenen Fütterungs- und Haltungsbedingungen zu vergleichen. Folgende Merkmale wurden analysiert: - Wachstum vor dem Absetzen über 90 Tage; 127 Tiere; C, F1 und F2, - Wachstum nach dem Absetzen unter verschiedenen Fütterungsbedingungen; Wechsel vom 1,5-fachen des Erhaltungsbedarfs zu ad libitum Fütterung und umgekehrt; 6 Wochen Dauer; 30 Tiere; C, F1 und F2, - Haltung der Lämmer unter zeitlich begrenztem Temperaturstress (8 Stunden täglich bei 31°C und 50% rel. Luftfeuchte): Dauer 12 Wochen; 10 Tiere C und F, - Analyse von Schlachtkörpern nach Versuchsende jeden Versuches; 40 Lämmer, C, F1 und F2. Ergebnisse: - Während der ersten Aufzugphase zeigten die Kreuzungstiere mit 213g/Tag (F1) und 236 g/Tag (F2) eine um 50 bzw. 65% erhöhte Lebendmassezunahme gegenüber den Kamerun-Lämmern (143g/Tag). Die Differenz zwischen F1 und F2 resultierte aus der unterschiedlichen Milchleistung der Muttertiere. - Der zeitlich begrenzte Hitzestress führte zu keinen unterschiedlichen physiologischen Reaktionen zwischen den Rassen. - Es gab keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich der relativen Körperzusammensetzung zwischen den Rassen. Die Kreuzungstiere hatten eine signifikant erhöhte Masse des Verdauungstraktes. Schlußfolgerungen: Kreuzungszucht zwischen indigenen und exotischen Rassen ist in den Tropen eine geeignete Methode die Fleischerzeugung zu erhöhen, allerdings nur, wenn die Futterversorgung gesichert ist. Hitzestress über eine begrenzte Zeit am Tag ist für die getesteten Rassen ohne Leistungseinbußen verträglich. / Crossbreeding between indigenous and exotic sheep breeds is the fastest method of increasing the performance of sheep in the tropics. The aim of this work was to assess the performance of Cameroon sheep (C) and their crossbreds (Cameroon x Mutton, F1) and (F2 from Cameroon x Milk sheep) under different housing and feeding conditions. The following traits were analysed: - Pre-weaning performance during the first 90 days; 127 animals, C, F1 and F2. - Post-weaning growth performance at different feeding levels; changing from 1.5 x maintenance to ad libitum feed intake and vice versa; duration 6 weeks; 30 animals; C, F1 and F2. - Housing of lambs under temporal heat stress (8 hours daily at 31°C and 50% relative humidity); duration 12 weeks; 10 animals, C and F2 - Carcass traits; 40 lambs, C, F1 and F2. Results: - During the pre-weaning period the crossbred lambs showed a higher live weight gain than the Cameroon lambs, 213g/d (F1); 236g/d (F2) and 143g/d (C) respectively, that is an increase of 50% and 65% resp. The differences between the F1 and F2 resulted from the different milk yields of the ewes. - The heat stress over 8 hours did not lead to different physiological reactions between the breeds. - There were no significant differences in the relative carcass traits between the breeds. The GIT-weight was increased significantly in the crossbreds. Conclusion: Crossbreeding of indigenous and exotic sheep breeds is a suitable method for increasing meat production in the tropics if the feed supply is guaranteed. Heat stress over a limited time is not crucial for the performance of all breeds.

Diese Dissertation untersucht die Wechselwirkungen zwischen Getreideproduktion und Klimawandel, um Erkenntnisse für eine gezielte Klimaanpassung und -minderung im Getreideanbau zu gewinnen. Ein zentrales Augenmerk liegt auf der Rolle der Genetik (G), Umwelt (E) und Management (M) in Deutschland. Vier Studien adressieren diese Themen: In Studie 1 wurde eine Lebenszyklusanalyse des Winterweizen- und Winterroggenanbaus mit Sortenversuchsdaten über 30 Jahre durchgeführt. Es konnte erstmals bewiesen werden, dass der Züchtungsfortschritt in Deutschland den CFP von Winterweizen und Winterroggen erheblich reduziert hat. In Studie 2 wurden räumlich dynamische Wetterindizes entwickelt, um die Auswirkungen von Hitze und Trockenheit auf Winterweizen mit Praxisertragsdaten zu untersuchen. Es wurden deutliche Unterschiede in der regionalen Ertragswirkung von Hitze und Trockenheitsstress identifiziert. In Studie 3 wurden standortspezifische Einflüsse auf Hitze und Trockenstresstoleranz von Winterweizen und Winterroggen mit Sortenversuchsdaten vertiefend geprüft. Es wurde bewiesen, dass die Bodengüte einen entscheidenden Einfluss auf die abiotische Stresstoleranz hat. Darüber hinaus konnte keine Verbesserung der abiotischen Stresstoleranz durch den Züchtungsfortschritt nachgewiesen werden. In Studie 4 wurde die Rückkopplung des Klimawandels auf die CFP von Winterweizen, Winterroggen und Wintergerste mit Sortenversuchsdaten analysiert. Die Ergebnisse weisen erstmals nach, dass Hitze und Trockenheit die CO2-Emissionen erhöhen. Außerdem wurde gezeigt, dass hohe Bodenqualität zu geringeren Emissionen pro Fläche und einem geringeren CFP führt. Basierend auf den Ergebnissen der vier Studien wurden wichtige Hebel zum Klimaschutz in der Landwirtschaft unter gleichzeitigen Klimaeinflüssen identifiziert. Hier wurden insbesondere Maßnahmen entlang G × E × M hervorgehoben, die hohe und stabile Erträge sowie maximale Input Effizienzen gewährleisten. / This dissertation examines the interactions between cereal production and climate change to gain insights for targeted climate adaptation and mitigation in cereal cultivation. A central focus is on the role of genetics (G), environment (E), and management (M) in Germany. Four studies address these topics: In Study 1, a life cycle assessment of winter wheat and winter rye cultivation was conducted using variety trial data over 30 years. It was demonstrated for the first time that breeding progress in Germany has significantly reduced the carbon footprint (CFP) of winter wheat and winter rye. In Study 2, spatially dynamic weather indices were developed to investigate the effects of heat and drought on winter wheat using on-farm yield data. Significant regional differences in heat and drought stress yield effects were identified across Germany. In Study 3, site-specific influences on heat and drought stress tolerance of winter wheat and winter rye were examined in depth using variety trial data. It was proven that soil quality has a decisive impact on abiotic stress tolerance. Additionally, no improvement in abiotic stress tolerance due to breeding progress was found. In Study 4, the feedback of climate change on the CFP of winter wheat, winter rye, and winter barley was analyzed using variety trial data. The results indicate for the first time that heat and drought increase the CFP of cereal production. It was also shown that high soil quality sites exhibit lower GHG emissions per unit of land (GHGL) and lower CFPs. Based on the results of the four studies, important levers for climate protection in agriculture under simultaneous climate influences were identified. Particularly, measures along G × E × M were emphasized, which ensure high and stable yields as well as maximum input efficiencies.

Der Klimawandel bedroht Ökosysteme auf der ganzen Welt. Besonders der Anstieg in Länge, Intensität und Häufigkeit von Dürren kann bedeutenden Einfluss auf den globalen Kohlenstoffkreislauf haben. Die Frage, ob Pflanzen und Mikroorganismen anfällig gegenüber ökologischem Stress wie Dürren sind, wurde bereits in vielen Studien für verschiedene Ökosysteme und mit verschiedenen Ansätzen untersucht, aber Analysen von Dürreauswirkungen, die ober- und unterirdische Interaktionen von Pflanzen und Mikroorganismen mit einbeziehen, sind eher selten. Deshalb wird in der vorliegenden Studie die Frage erörtert, wie Trockenheit und/oder Hitze die Interaktionen von Pflanzen und Mikroorganismen in Bezug auf ihre Kohlenstoff-Verbindung beeinflussen. Dies dient zur Bestimmung der Stärke der Pflanze-Mikroorganismen-Kohlenstoff-Verbindung, wenn das Ökosystem an seine Grenzen gebracht wird. Der Fokus liegt deshalb auf durch Trockenstress und Hitze hervorgerufenen Veränderungen in der ober-unterirdischen Kohlenstoff-Dynamik in zwei vom Klimawandel bedrohten Ökosystemen. Es wurde untersucht, wie extreme Klimaereignisse, deren Häufigkeit in Zukunft weiter ansteigen soll, die Kohlenstoff-Verbindung zwischen Pflanzen und Mikroorganismen beeinflusst und wie mikrobielle Gemeinschaften unter diesen Umständen reagieren, um die Resistenz und Reaktionsmechanismen von Ökosystemen im zukünftigen Klimawandel besser vorhersagen zu können. In Kapitel 4 wurde ein Buchenwaldunterholz-Ökosystem untersucht. Buchenwaldmonolithen wurden einem extremen Klimaereignis (Trockenheit und/oder Hitze) ausgesetzt. Die Stärke der Pflanze-Mikroorganismen-Kohlenstoff-Verbindung und Veränderungen in der mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur und -aktivität wurden mithilfe von stabilen 13C Isotopenmethoden und Ansätzen auf molekularer Basis, wie 16S rRNA- und Phospholipid-Analysen, bestimmt. In Kapitel 5 wurde ein kleines aquatisches Ökosystems untersucht. Zwei emerse aquatische Makrophyten, Phragmites australis und Typha latifolia, wurden in einem Mesokosmos-Experiment mit Sediment aus einem Soll einer einmonatigen Dürre ausgesetzt. Mithilfe einer 13CO2 Pulsmarkierung, sowie PLFA- und nicht-strukturbildenden Kohlenhydrat-Analysen wurde Kohlenstoff von den Blättern in die Wurzeln bis ins Sediment verfolgt, wo er teilweise in mikrobielle Phospholipide eingebaut wird. Diese Studie hat gezeigt, dass die zwei untersuchten Ökosysteme Trockenstress und Hitze relativ gut widerstehen können, zumindest kurzfristig, und dass das Kohlenstoff-Kontinuum, beziehungsweise die Verbindung zwischen ober- und unterirdischen Gemeinschaften, auch unter starkem Stress intakt bleibt. Zusammenfassend scheint es, dass Ökosysteme stark von einem funktionierenden Pflanze-Boden/Sediment-Mikroorganismen Kohlenstoff-Kontinuum abhängen und versuchen, es auch unter starkem Stress zu erhalten, was möglicherweise dazu beiträgt, dem Anstieg von extremen Dürreperioden aufgrund des Klimawandels besser zu widerstehen. / Climate change is threatening ecosystems around the world. Especially the increase in duration, intensity, and frequency of droughts can have a considerable impact on the global carbon cycle. The question whether plants and microbes are susceptible to environmental stress like drought has been assessed in many studies for different ecosystem types and by using numerous approaches, but research on drought effects that includes above- and belowground interactions is rather scarce. Therefore, the present study assesses the question of how drought and/or heat influence the interactions of plants and microbes, especially the carbon coupling, in order to determine the strength of plant-microbe carbon linkages when an ecosystem is pushed to its limits. The focus of this study thus lies on changes in aboveground-belowground carbon dynamics and the subsequent effects on the soil microbial community under drought and/or heat stress in two climate-threatened ecosystems. It was evaluated how extreme climate events, that are predicted to be more frequent in the near future, affect the carbon coupling between plants and microorganisms and how microbial communities respond under these circumstances, in order to be able to better predict ecosystem resistance and response mechanisms under future climate change. In chapter 4 a beech forest understory ecosystem was investigated. An extreme climate event (drought and/or heat) was imposed on beech forest monoliths and the strength of the plant-microbe carbon linkages and changes in the microbial community structure and activity were determined by using stable 13C isotope techniques and molecular-based approaches like 16S rRNA and microbial phospholipid-derived fatty acid (PLFA) analysis. In chapter 5 a small aquatic ecosystems was investigated. Two emergent aquatic macrophytes, Phragmites australis and Typha latifolia, were grown on kettle hole sediment and then exposed to a month-long summer drought in a mesocosm experiment. By conducting a 13CO2 pulse labeling as well as PLFA and non-structural carbohydrate analyses, the fate of carbon was traced from the plant leaves to the roots and into the sediment, where some of the recently assimilated carbon is incorporated into microbial PLFAs. Overall, this study showed that the two investigated ecosystems can endure environmental stress like heat and drought relatively well, at least in the short-term, and that the carbon continuum, or the linkage between above- and belowground communities, remained intact even under severe stress. In conclusion, it seems that ecosystems strongly depend on and try to maintain a functional plant-soil/sediment microorganism carbon continuum under drought, which might help to withstand the increase in extreme drought events under future climate change.