L'acquisition d'une structure spatiale au cours du développement d'un embryon implique la différentiation de cellules, souvent suivant des informations positionnelles. La complexité des réseaux moléculaires régulant la différentiation et des mécanismes générant l'information positionnelle rend nécessaire leur modélisation mathématique. Les embryons de vertébrés acquièrent une structure segmentée lors de la somitogénèse; ce processus nécessite des variations spatiales et temporelles d'expression de gènes, que la modélisation mathématique peut également aider à comprendre.<br /><br />Un mécanisme moléculaire pour l'horloge de la somitogénèse est proposé, qui prend en compte la synchronisation inter-cellulaire, et qui est basé sur un système de rétrocontrôle positif, bien qu'il soit aussi compatible avec toutes les données expérimentales interprétées comme prouvant que l'horloge est basée sur un système de rétrocontrôle négatif. Des expériences proposées pour tester ce modèle comprennent des rapporteurs en temps réel de l'horloge, ainsi que des systemes inductibles, pour induire des perturbations contrôlées spatialement.<br /><br />Des résultats théoriques et expérimentaux ont mené à des idées contradictoires sur la manière dont de l'information positionnelle utile peut être établie. En particulier, il a été souligné que certains modèles de diffusion extracellulaire de morphogène donnent lieu à une saturation des récepteurs, qui est inadéquate à l'établissement d'information positionnelle. Deux modèles alternatifs (mais non mutellement exclusifs) sont proposés, qui sont basés sur des résultats expérimentaux récents mettant en valeur les rôles de glycoprotéines extracellulaires et de l'oligomérisation de morphogènes.<br /><br />La lecture de l'information positionnelle se traduit par l'établissement d'un ensemble discret de patrons d'expressions génétiques. De manière intriguante, il a été observé que, dans de nombreux contextes, des gènes régulant la différentiation sont initalement co-exprimés dans des progéniteurs malgré leur antagonisme. Nous caractérisons les conditions sous lesquelles trois classes de réseaux de régulation peuvent se conduire comme un "multi-switch", dirigeant la différentiation d'une maniére tout-ou-rien vers un type de cellule spécifique, choisi parmi plus de 2 possibles. Les réseaux de dimérisation bHLH peuvent facilement maintenir l'expression de plusieurs facteurs antagonistes quand la compétition est basse. La prise de décision peut être forcée par une augmentation de la compétition, qui pourrait correspondre à des observations expérimentales inexpliquées, liées aux protéines Id.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2006.

Würzburg, Univ., Diss., 2008 / Zsfassung in engl. Sprache

Univ., Diss., 2010--Würzburg.

La régénération de la nageoire caudale et de la peau chez le poisson zèbre impliquent la formation d’un tissu de remplacement, structurellement et fonctionnellement identique à celui précédant la lésion. Ces mécanismes nécessitent la mise en place et la prolifération de cellules progénitrices, capables de reformer lors d’une phase de « patterning » les tissus lésés.Au cours de ma thèse j’ai étudié les évènements prolifératifs qui permettent cette néo-formation des tissus. Dans le cas de la nageoire, mes travaux ont conduit à la mise en évidence d’un mécanisme commun entre régénération et développement de croissance saltatoire des segments osseux. Ils expliquent en partie le retour à la forme bilobée observée lors de la repousse. De la même façon, dans le cas de la peau, l’avènement de la prolifération dans le derme et dans l’épiderme précède la mise en place des signaux, communs au développement, requis pour la distribution et la formation des écailles.De plus, j’ai effectué une caractérisation précise de l’ensemble du processus cicatriciel chez le poisson zèbre, conduisant à la formation d’une peau intégralement régénérée. Au cours de la cicatrisation, la fermeture de la blessure est complétée rapidement en quelques heures par migration épidermique. Une fois la zone lésée fermée, un mécanisme de morphogénèse de la peau est réactivé chez l’adulte. La prolifération cellulaire est présente simultanément dans le derme et l’épiderme. Elle n’est déclenchée qu’après la mise en place de l’assise basale de l’épiderme. Dans celui-ci, elle affecte d’une part des cellules éparses au sein de la couche basale et d’autre part la majorité des cellules de la couche intermédiaire. Ces derniers travaux suggèrent que chez les téléostéens, les cellules souches épidermiques sont localisées dans la couche basale, alors que la prolifération des cellules transientes a lieu dans la couche intermédiaire. D’autre part, ils mettent en évidence un processus commun de cicatrisation rapide en milieu liquide impliquant une fermeture de la blessure par néo-épithélialisation, semblable au cas de la cornée et de la muqueuse orale chez les mammifères. / Caudal fin and skin regeneration in zebrafish both require new tissues formation, structurally and functionally identical to the former ones. They imply the formation and especially the proliferation of progenitor cells, and then during a patterning phase, they differentiate into a well-organized structure.During my PhD, I have studied in zebrafish model the proliferative events that conduct to the neoformation of caudal fin in one hand and the proliferative events implicated in the cutaneous wound healing in the other hand.The first part of this work supports the evidences of a common saltatory growth mechanism in both regeneration and development of caudal fin bony rays, and that the bi-lobed shape restoration of the fin could be a consequence of this bony segment salutary growth.During skin wound healing, proliferation is necessary in order to allow dermis and epidermis neo-morphogenesis and these events are over before the scale formation is initiated. In the second part of this study I characterized the entire skin wound healing process in the zebrafish model, from the wound closure to a fully regenerated skin including appendages. According to my results, the wound closure is a very fast event completed only in a few hours and it occurs only by epidermal cells migration. Cellular proliferation was detected after complete wound closure and once the epidermal basal layer differentiation is achieved. Cell proliferation appears to be restricted to a few basal cells whereas the major proliferation is detected in the intermediates layers of the epidermis.Taken together, these results suggest that in teleosteans, the epidermal stem cells and transient cells might be respectively located in the basal and intermediate layers. Moreover, there might be a common process due to aquatic environment, leading to a fast wound closure by re-epithelialization, between teleost skin and mammal’s cornea as well as oral mucosa.

Im experimentellen Ansatz sollte mithilfe der CRISPR-Cas9-Methode eine gerichtete ALK1-Rezeptor-Eliminierung in myoblastischen C2C12-Zellen durchgeführt werden. Nach erfolgreicher Klonierung der jeweiligen, für den Typ-I-Rezeptor ALK1-kodierenden, gRNA-Sequenzen in die Puro- und GFP-CRISPR-Plasmide gelang der mittels Lipofektion durchgeführte Transfer der vier klonierten Plasmide in die C2C12-Zellen. Parallel aufgetaut wurden C2C12*ALK2- sowie ALK3-Knockout-Zelllinien, welche zuvor durch die Masterandin L. Wiesmann, ebenfalls mithilfe der CRISPR-Cas9-Methode, induzierte Knockouts der jeweiligen Rezeptoren ALK2 sowie ALK3 enthielten. Anschließend erfolgte die Puromycin-Selektion der mit den Puro-Klonen transfizierten C2C12*ALK1-3, ALK1-4-, ALK2- sowie ALK3-KO-Zellpopulationen. Die Zellen der C2C12*ALK1-3-KO-Population überlebten die Selektion trotz erneuter Durchführung der Transfektion sowie Selektion nicht. Somit erfolgte die Kultivierung der verbliebenen Zellen der C2C12*ALK1 4-, C2C12*ALK2- sowie C2C12*ALK3-KO-Population. Anschließend galt es zu untersuchen, wie responsiv die einzelne KO-Zelle für verschiedene Liganden ist. Im Rahmen der Durchführung differenter, zellbasierter Versuche wie der qPCR, des Western Blots und des ALP-Assays wirkten verschiedene BMPs auf die KO-Populationen ein. Somit konnten die BMP-induzierten, nachfolgenden Ereignisse wie die mRNA-Expression, die SMAD-Phosphorylierung sowie die Induktion der ALP-Expression innerhalb der KO-Populationen genauer betrachtet werden. Es ist allgemein bekannt, dass ALK1 sowohl bei der Angiogenese als auch bei der kardio-vaskulären Homöostase eine wichtige Rolle übernimmt. ALK1 ist vermutlich für die Gefäßneubildung in manchen Tumoren verantwortlich und auch die vaskuläre Erkrankung „Hereditäre hämorrhagische Teleangiektasie (HHT)“ steht im Zusammenhang mit einer Mutation des ALK1-Rezeptorgens. BMP9 beeinflusst als ALK1-bindender Ligand neben der Tumorentwicklung und der Angiogenese auch die osteogene Differenzierung mesenchymaler Stammzellen. Im Hinblick auf zukünftige Versuche sind daher weitere, noch aussagekräftigere Ergebnisse erstrebenswert, allerdings unter der Verwendung von ausschließlich homozygoten KO-Zelllinien. Weitere Erkenntnisse über die Rolle des ALK1-Rezeptors in BMP-vermittelter Signaltransduktion könnten für therapeutische Ansätze bei der Behandlung von vaskulären Erkrankungen und Tumorprogression sowie bei der Förderung der Knochenregeneration und -heilung hilfreich sein. / In the experimental approach, targeted ALK1 receptor elimination was to be performed in myoblastic C2C12 cells using the CRISPR-Cas9 method. After successful cloning of the respective gRNA sequences coding for the type I receptor ALK1 into the Puro and GFP-CRISPR plasmids, the four cloned plasmids were transferred into the C2C12 cells by lipofection. In parallel, C2C12*ALK2 and ALK3 knockout cell lines were thawed, which previously contained knockouts of the respective ALK2 and ALK3 receptors induced by the master student L. Wiesmann, also using the CRISPR-Cas9 method. Puromycin was then used to select the C2C12*ALK1-3, ALK1-4, ALK2 and ALK3-KO cell populations transfected with the Puro clones. The cells of the C2C12*ALK1-3-KO population did not survive the selection despite renewed transfection and selection. The remaining cells of the C2C12*ALK1-4, C2C12*ALK2 and C2C12*ALK3-KO populations were therefore cultivated. It was then necessary to investigate how responsive the individual KO cells are to different ligands. By performing different cell-based experiments such as qPCR, Western blot and ALP assay, different BMPs affected the KO populations. Thus, the BMP-induced downstream events such as mRNA expression, SMAD phosphorylation and induction of ALP expression within the KO populations could be analysed precisely.

Decapentaplegic (Dpp), a member of the TGF-[Beta] superfamily, acts as a morphogen to direct cell differentiation, determine cell fate and promote cell survival and proliferation in Drosophila wing development. To investigate the role of Dpp in Drosophila wing development, three aspects of the patterning role of Dpp have been analyzed. First, I investigated the cellular responses to Dpp signaling by a loss of function strategy. The consequences of lacking Dpp signal transduction on cell morphology and tissue integrity were analyzed. Second, I investigated whether Dpp signaling is down-stream of Hh signaling to maintain the normal cell segregation at the A/P boundary by clonal analysis. Third, I investigated whether cross talk among the Hh, Dpp and Wg signaling pathways exists and what its relevance for wing patterning is. To investigate the role of Dpp in Drosophila wing development, the general strategies are to look at the phenotypes of loss-of-function and gain-of-function. Mutant clones lacking Dpp signal transduction by knock down Dpp receptor Thick veins (Tkv) do not survive in wing blade due to JNK dependent apoptosis. To get larger mutant clones for analysis, JNK pathway was inhibited by knock down bsk (encodes JNK) in mutant clones lacking Dpp signaling using FLP-FRT system. Clones double mutant for tkv and bsk did not undergo apoptosis, but recovered at very low frequencies compared to sibling clones. Here, I showed that the low recovery of tkv bsk double mutant clones are due to the extrusion of mutant cells. The extrusion of tkv bsk double mutant cells correlated with changes in the actin cytoskeleton and a dramatic loss of the apical microtubule web normally present in these cells. These results suggest that Dpp signaling is required for cell morphogenesis in Drosophila wing development. We propose that Dpp acts as a survival factor in the wing disc epithelium by orchestrating proper cytoskeletal organization and maintaining normal cell-cell contact. Drosophila wing is subdivided into anterior (A) and posterior (P) compartments. This developing into adjacent compartments is crucial for the patterning of Drosophila wing. Previous study has shown that Hedgehog (Hh) signaling is required in A cells to maintain the A/P boundary and is sufficient to specify A type cell sorting. A previous study has in addition implicated the signaling molecule Decapentaplegic (Dpp) in maintaining the A/P boundary. However, this study did not address whether and in which cells, A and/or P, Dpp signal transduction was required to maintain this boundary. Here, I have analyzed the role of components of the Dpp signal transduction pathway and the relation of Dpp and Hh signaling in maintaining the A/P boundary by clonal analysis. I showed that Dpp signaling mediated by the Dpp target gene, T-box protein Optomotor-blind (Omb), is required in A cells, but not in P cells, to maintain the normal position of the A/P boundary. During patterning formation, it is essential for cells to receive precise positional information to pattern the tissue. It has been proposed for a long time that different signaling pathways such as Hedgehog (Hh), Dpp and Wingless (Wg) signaling pathways provide positional information for tissue patterning in an integrated manner. Recently, evidence of interactions between Hh and Dpp as well as Wg and Hh signaling pathways has been reported in Drosophila wing. Here, I have identified additional interactions among Hh, Dpp and Notch/Wg signaling. We propose that the selector gene engrailed, Hh and Dpp signaling interact with each other to regulate target genes expression and thus to pattern the wing along the A/P axis. Further more, I showed that Dpp signaling is also participating in the patterning along the D/V axis by interaction with the selector gene apterous and Notch/Wg signaling.

Decapentaplegic (Dpp), a member of the TGF-[Beta] superfamily, acts as a morphogen to direct cell differentiation, determine cell fate and promote cell survival and proliferation in Drosophila wing development. To investigate the role of Dpp in Drosophila wing development, three aspects of the patterning role of Dpp have been analyzed. First, I investigated the cellular responses to Dpp signaling by a loss of function strategy. The consequences of lacking Dpp signal transduction on cell morphology and tissue integrity were analyzed. Second, I investigated whether Dpp signaling is down-stream of Hh signaling to maintain the normal cell segregation at the A/P boundary by clonal analysis. Third, I investigated whether cross talk among the Hh, Dpp and Wg signaling pathways exists and what its relevance for wing patterning is. To investigate the role of Dpp in Drosophila wing development, the general strategies are to look at the phenotypes of loss-of-function and gain-of-function. Mutant clones lacking Dpp signal transduction by knock down Dpp receptor Thick veins (Tkv) do not survive in wing blade due to JNK dependent apoptosis. To get larger mutant clones for analysis, JNK pathway was inhibited by knock down bsk (encodes JNK) in mutant clones lacking Dpp signaling using FLP-FRT system. Clones double mutant for tkv and bsk did not undergo apoptosis, but recovered at very low frequencies compared to sibling clones. Here, I showed that the low recovery of tkv bsk double mutant clones are due to the extrusion of mutant cells. The extrusion of tkv bsk double mutant cells correlated with changes in the actin cytoskeleton and a dramatic loss of the apical microtubule web normally present in these cells. These results suggest that Dpp signaling is required for cell morphogenesis in Drosophila wing development. We propose that Dpp acts as a survival factor in the wing disc epithelium by orchestrating proper cytoskeletal organization and maintaining normal cell-cell contact. Drosophila wing is subdivided into anterior (A) and posterior (P) compartments. This developing into adjacent compartments is crucial for the patterning of Drosophila wing. Previous study has shown that Hedgehog (Hh) signaling is required in A cells to maintain the A/P boundary and is sufficient to specify A type cell sorting. A previous study has in addition implicated the signaling molecule Decapentaplegic (Dpp) in maintaining the A/P boundary. However, this study did not address whether and in which cells, A and/or P, Dpp signal transduction was required to maintain this boundary. Here, I have analyzed the role of components of the Dpp signal transduction pathway and the relation of Dpp and Hh signaling in maintaining the A/P boundary by clonal analysis. I showed that Dpp signaling mediated by the Dpp target gene, T-box protein Optomotor-blind (Omb), is required in A cells, but not in P cells, to maintain the normal position of the A/P boundary. During patterning formation, it is essential for cells to receive precise positional information to pattern the tissue. It has been proposed for a long time that different signaling pathways such as Hedgehog (Hh), Dpp and Wingless (Wg) signaling pathways provide positional information for tissue patterning in an integrated manner. Recently, evidence of interactions between Hh and Dpp as well as Wg and Hh signaling pathways has been reported in Drosophila wing. Here, I have identified additional interactions among Hh, Dpp and Notch/Wg signaling. We propose that the selector gene engrailed, Hh and Dpp signaling interact with each other to regulate target genes expression and thus to pattern the wing along the A/P axis. Further more, I showed that Dpp signaling is also participating in the patterning along the D/V axis by interaction with the selector gene apterous and Notch/Wg signaling.

In order to test the effects of environmental factors on different characteristics of plant leaf waxes, barley plants (Hordeum vulgare) were abiotically stress treated (exposure to darkness, heavy metal, high salt concentrations and drought), and biotically stressed by the infection with powdery mildew (Blumeria graminis f.sp. hordei; Bgh). Different wax parameters like amount, chemical composition, and micromorphology of epicuticular wax crystals, were investigated. Etiolated leaves of barley showed distinctly reduced wax amounts and modifications in their relative composition. The alterations of these wax parameters might be a result of a developmental delay, which could have been caused by a decreased availability of energy for cellular processes, due to lack of light. Cadmium exposure led to a 1.5-fold increase of wax amount, while chemical composition was unaffected. In drought- and salt-stressed plants, all investigated leaf wax parameters remained unaltered. In each of the abiotic treatments, the microstructure of epicuticular wax crystals, formed as typical platelets, was not modified. Even after 6d infection with powdery mildew (Bgh), neither locally nor systemically enforced modifications of wax features were revealed. The analyzed leave surfaces, resulting from these four abiotic and the biotic treatment (phenotypic approach), were compared to altered leaf surfaces’ characteristics of 18 analyzed eceriferum (cer-) wax mutants (genotypic approach). Within the screening, 5 mutants were selected which distinctly differed from the wild-type in wax amount, portions of epi- and intracuticular wax fraction, relative chemical composition, crystal morphology, and surface wettability (hydrophobicity). Apart from quantitative and qualitative effects on the leaf waxes, environmentally enforced modifications in cuticular waxes might be reflected in molecular processes of wax biogenesis. Therefore, a barley wax-microarray was established. 254 genes were selected, which are putatively involved in processes of de novo fatty acid biosynthesis, fatty acid elongation, and modification, and which are supposed to take part in lipid-trafficking between cell compartments, and transport of wax components to the outer cell surface. The regulations within the expression pattern evoked by the respective treatments were correlated with the corresponding analytical wax data, and the observed molecular effects of a 3d powdery mildew infection were compared with succeeding fungal morphogenesis. Etiolation and cadmium exposition pointed to transcriptional modifications in the de novo fatty acid synthesis, and in the screened, transport-related mechanisms, which correlate with respective alterations in surface wax characteristics. Moderate changes in the gene expression pattern, evoked by drought- and salinity-stress, might give hints for evolved adaptations in barley to such common habitat stresses. Theinvasion of powdery mildew into the epidermal host cells was reflected in the regulation of several genes. Beside other functions, these genes take part in pathogen defense, and intracellular component transport, or they encode transcription factors. The different modifications within the molecular responses evoked by the investigated abiotic treatments, and the effects of powdery mildew infection representing a biotic stressor, were compared between the different treatments. In order to test the potential impact of different wax parameters on Bgh, conidia germination and differentiation was comparably investigated on leaf surfaces of abiotically stressed wild-type and cer-mutants, isolated cuticles, and further artificial surfaces. The rates of conidial development were similar on each of the leaf surfaces resulting from the abiotic treatments, while a significant reduction of the germination and differentiation success was revealed for the wax mutant cer-yp.949. Compared to the wild-type, developmental rates on isolated cuticles and extracted leaf waxes of the mutant cer-yp.949 indicated a modified embedding of cuticular waxes, and a possibly changed three-dimensional structure of the cer-yp.949 cuticle, which might explain the reduced conidial developmental rates on leaf surfaces of this particular mutant. Experiments with Bgh conidia on mechanically de-waxed leaf surfaces (selective mechanical removal of the epicuticular leaf waxes with glue-like gum arabic, followed by an extraction of the intracuticular wax portion with chloroform) demonstrated the importance of the wax coverage for the germination and differentiation of the fungal conidia. On all dewaxed leaf surfaces, except those of cer-yp.949, the differentiation success of the germlings was significantly reduced, by about 20% (“wax-effect”). This result was verified through an artificial system with increased conidia developmental rates on glass slides covered with extracted leaf waxes. Further comparative tests with the major components of barley leaf wax, hexacosanol and hexacosanal, showed that the germination and differentiation of powdery mildew conidia not only depends on the different chemistry, but is also influenced by the respective surface hydrophobicity. Compared to hexacosanol, on hexacosanal coated glass surfaces, higher germination and differentiation rates were achieved, which correlated with increased levels of surface hydrophobicity. Developmental rates of conidia on hydrophobic foils demonstrated that hydrophobicity, as a sole surface factor, may stimulate the conidial germination and differentiation processes. Moreover, the survival of conidia on artificial surfaces is determined by additional surface derived factors, e.g. the availability of water, and a pervadable matrix. / Abiotische und biotische Umweltfaktoren können sowohl die Struktur als auch die chemischen Eigenschaften pflanzlicher Oberflächenwachse beeinflussen. In der vorliegenden Studie wurde vergleichend untersucht, inwiefern sich verschiedene Parameter von Gersten (Hordeum vulgare) Blattwachsen, wie deren Menge, chemische Zusammensetzung und die Morphologie epikutikulärer Wachskristalle unter dem Einfluss unterschiedlicher abiotischer Stressoren (Wachstum in Dunkelheit, Schwermetallbelastung, erhöhte Salzkonzentrationen, Trockenheit) und eines biotischen Stressors, dem Befall von Gerstenmehltau (Blumeria graminis fsp. hordei; Bgh), verändern können. Die Aufzucht ohne natürliches Licht führte zu etiolierten Blättern, die deutlich reduzierte Wachsmengen und quantitative Veränderungen in der Zusammensetzung einzelner Wachskomponenten zeigten. Die Veränderung dieser Wachscharakteristika könnte das Resultat einer pflanzlichen Entwicklungsverzögerung darstellen, die auf den Mangel an Licht, und damit einem Mangel an Energie für die zelluläre Triebkraft zurückzuführen ist. Cadmium-Belastung führte zu einer 1.5-fach erhöhten Wachsauflage der Versuchspflanzen bei unveränderter Chemie. Unter Trocken- und Salzstress zeigten sich keine Veränderungen der untersuchten Wachsparameter. Die plättchenförmige Kristallstruktur der epikutikulären Wachse blieb in jeder der untersuchten abiotischen Behandlungen unverändert. Um Auswirkungen von biotischem Stress auf die Wachsauflage zu testen, wurde eine Infektion mit Gerstenmehltau (Bgh) vorgenommen. Nach sechstägiger Pilzinfektion konnten hierbei weder lokale, noch systemische Veränderungen der unterschiedlichen Wachsparameter der Gerstenblätter detektiert werden. Zusätzlich zu solchen Blattoberflächen, die aus den vier abiotischen und der biotischen Behandlung resultierten (phänotypischer Ansatz), wurden die Oberflächenwachse von 18 cer-Wachsmutanten untersucht (genotypischer Ansatz). Hieraus wurden diejenigen fünf Mutanten ausgewählt, die die stärksten Abweichungen an Wachsmengen, Mengenverteilung zwischen epi- und intrakutikulärer Wachsfraktion und/ oder Anteilen der Einzelkomponenten, der Morphologie der epikutikulären Wachskristalle, und somit auch in der davon abhängenden Oberflächenbenetzbarkeit (Hydrophobizität) gegenüber dem Wildtyp aufwiesen. Um zu überprüfen, inwiefern sich die Modifizierung der Oberflächenwachse durch Umweltfaktoren in den zugrunde liegenden molekularen Prozessen der Wachsbiosynthese widerspiegelt, wurde ein Gerstenwachs-Microarray etabliert. Eine Auswahl von 254 Genen wurde zusammengestellt, denen potentiell Funktionen in der Fettsäurebiosynthese, Kettenverlängerung von Fettsäuren und deren Modifikation zu Wachskomponenten, sowie im Transport von Lipid- und Wachskomponenten zwischen den Zellkompartimenten zukommen. Die Veränderung der Expression einzelner Gene während der abiotischen Stress-Behandlungen wurde mit den Daten der Wachsanalyse dieser Behandlungen korreliert, sowie der Einfluss einer dreitägigen Mehltauinfektion auf molekulare Prozesse der Wirtspflanze mit der Pilzmorphogenese kombiniert. Hinweise auf transkriptionelle Veränderungen in der de novo Fettsäuresynthese und den untersuchten Transportmechanismen, die mit den Veränderungen der Oberflächenwachse korrelieren, waren insbesondere unter Cadmiumstress und durch Etiolierung zu verzeichnen. Die durch Trocken- und Salzstress verursachten, moderaten Veränderungen im Expressionsmuster untersuchter Gene könnten auf eine erworbene Toleranz von Gerste gegenüber solcher Art von Umweltstress hinweisen. Das Eindringen des Pilzes in die Epidermis spiegelte sich in zahlreichen Genregulierungen wider, die besonders der Pathogenabwehr und dem intrazellulären Komponententransport dienen, oder Transkriptionsfaktoren codieren. Der Einfluss der untersuchten abiotischen Faktoren und der Pilzbefall als biotischer Stressor lösten unterschiedliche Modifikationen der molekularen Antworten aus, die miteinander verglichen wurden. Um zu klären welche Wachsparameter die Auskeimung und Differenzierung der Konidien von B. graminis beeinflussen, wurden alle analysierten Blattoberflächen (abiotisch gestresster Wildtyp und cer-Mutanten) und weitere artifizielle Oberflächen in Biotests eingesetzt. Auf allen Blattoberflächen des abiotisch behandelten Wildtyps war die Konidienentwicklung gleichermaßen erfolgreich, während sich innerhalb des genotypischen Ansatzes eine signifikante Reduktion des Keimungs- und Differenzierungserfolgs auf Blättern der Mutante cer-yp.949 zeigte. Durch vergleichende Untersuchungen mit isolierten Kutikeln und extrahierten Blattwachsen von Wildtyp und der Mutante cer-yp.949 konnte gezeigt werden, dass der herabgesetzte Entwicklungserfolg der Konidien auf Blättern der Mutante cer-yp.949 auf eine modifizierte Einbettung der Wachse und eine veränderte dreidimensionale Struktur der cer-yp.949 Kutikula zurückzuführen sein könnte. Untersuchungen zur Entwicklung von Konidien auf sukzessiv entwachsten Blattoberflächen von Wildtyp und Mutanten (zunächst mechanisches Abheben der epikutikulären Wachskristalle durch Gummi arabicum, gefolgt von einer Extraktion der intrakutikulären Wachse mit Chloroform) zeigte die Bedeutung des Vorhandenseins von Wachs für die Auskeimung und Differenzierung der Konidien. Mit Ausnahme der Mutante cer-yp.949 wurde der Differenzierungserfolg der Konidien auf allen Blattflächen durch Wachsextraktion signifikant um ca. 20% reduziert („Wachseffekt“). Durch die Beschichtung von Glasobjektträgern mit extrahierten Blattwachsen konnte dieses Ergebnis auf ein artifizielles System übertragen und bestätigt werden. Zusätzliche Tests mit den Hauptkomponenten der Gerstenwachse Hexacosanol und Hexacosanal zeigten, dass Auskeimung und Differenzierung von Mehltau-Konidien von der unterschiedlichen Chemie, und auch von der Hydrophobizität der Oberfläche beeinflusst werden. Im Vergleich mit Hexacosanol zeigten Hexacosanal beschichtete Glasoberflächen sowohl den größten Keimungs- und Differenzierungserfolg, als auch die höchste Hydrophobizität. Entwicklungsraten auf hydrophoben Folien bestätigten, dass allein die Hydrophobizität der Oberfläche die Auskeimung und die Differenzierung der Konidien stimulieren kann. Das Überleben der Konidien auf artifiziellen Oberflächen wird darüber hinaus durch weitere Faktoren wie Wasserverfügbarkeit und eine durchdringbare Matrix bestimmt.

Die alveoläre Echinokokkose ist eine, vorrangig in der nördlichen Hemisphäre verbreitete, parasitäre Erkrankung. Verursacht wird sie beim Menschen durch das Larvenstadium des Fuchsbandwurms. Homeoboxgene sind hochkonservierte Gene, die die Morphogenese von Lebewesen steuern. Die Anzahl und die Bedeutung von Homeoboxgenen in der Entwicklung von E.multilocularis waren bislang unbekannt. Im Rahmen dieser Arbeit konnten mit Hilfe von Sequenzanalysen im Genom des Fuchsbandwurms erstmals Homeoboxgene identifiziert und deren Expressionsmuster mittels PCR in verschiedenen Larvenstadien charakterisiert werden. Von insgesamt 23 gefundenen Homeoboxgenen wurden 15 Gene auf ihre larvenstadienspezifische Expression untersucht. Neun der untersuchten Gene zeigten in dem gewählten Versuchsaufbau eine Expression in den untersuchten Larvenstadien, fünf davon zeigten eine verstärkte Expression in den späten Larvenstadien. Für acht dieser neun Gene ließen sich darüber hinaus Hinweise auf eine Prozessierung ihrer mRNA über den Mechanismus des Trans-Spleißens finden. Vorangehende Versuche der Arbeitsgruppe von Prof. Brehm hatten einen Zusammenhang zwischen einer Stimulation früher Entwicklungsstadien der Parasitenlarven mit dem Zytokin BMP-2 und dessen rascherer Entwicklung in spätere Entwicklungsstadien nahegelegt. Die Auswirkung einer Behandlung früher Entwicklungsstadien mit dem Zytokin BMP-2 auf die jeweilige Genexpression wurde daher für die ausgewählten 15 Gene überprüft. Fünf Gene zeigten unter dessen Einfluss eine verstärkte Expression. Zwei darunter waren solche, die eine stärkere Expression in späten Larvenstadien aufwiesen. Diese zwei Gene stellen nun Kandidaten dar, die an der Entwicklung von E.multilocularis maßgeblich beteiligt sein könnten. Durch die Untersuchungen dieser Arbeit ergaben sich wichtige Hinweise auf die Entwicklung und die Regulationsmechanismen der Genexpression von E. multilocularis. Sie bilden eine Grundlage, die Rolle der Homeoboxgene für den Fuchsbandwurm näher zu beschreiben und die hormonelle Kreuzregulation zwischen Parasit und Wirt weiter zu studieren. / Alveolar Echinococcosis is a rather rare parasitic disease, mainly occuring in the northern hemisphere. It is caused by the larval stage of the flatworm Echinococcus multilocularis. Homeoboxgenes are highly conserved genes, that play a crucial role in the development of organism. Until now neither the number in nor the importance of these genes for E.multilocularis was known. Within this study we could identify the homeoboxgenes in the genome of E.multilocularis and analyse the expression pattern in different larval stages. All together we found a number of 23 homeoboxgenes, the expression pattern in different larval stages was analysed for 15 genes. Within the chosen experimental setup nine of the genes were expressed, five showed higher expression in later larval stages. Furthermore there was a strong hint for the processing of mRNA through trans-splicing for eight genes. Previous experiments of the working group Brehm had shown a relation between a stimulation of young metacestodes with the cytokine BMP-2 and a faster development towards later larval stages. Therefore we anaylsed the effect of the cytokine BMP-2 on the geneexpression pattern of fifteen genes. Under its influence five genes showed higher expression rates. Two belonged to the group of genes that had shown higher expression in later larval stages. These two genes could potentially be candidates with a high significance in the development of E.multilocularis. Due to this work we could elucidate important hints for the development of E.multilocularis and the regulation of its gene expression. Based on these findings it will be possible to study the role of homeoboxgenes and the host-parasite cross-regulation in E.multilocularis in more detail.