Techn. Hochsch., Diss., 2004--Aachen.

Within this thesis, synthetic strategies for self-assembled organic cage compounds have been developed that allow for both stimuli-responsive control over assembly/disassembly processes and spatial control over functionalization. To purposefully operate the reversible assembly of organic cages, boron-nitrogen dative bonds have been exploited for the formation of a well-defined, discrete bipyramidal organic assembly in solution. Thermodynamic association equilibria for cage formation have been investigated by Isothermal Titration Calorimetry (ITC). Temperature-dependent NMR studies revealed a reversible cage opening upon heating and quantitative reassembly upon cooling. For the spatial functionalization of organic cages, two divergent molecular building units have been designed and synthesized, namely tribenzotriquinacene derivatives possessing a terminal alkyne moiety at the apical position and a meta-diboronic acid having a pyridyl group at the 2-position. Facile access to a variety of apically functionalized tribenzotriquinacenes has been illustrated by post-synthetic modifications at the terminal alkyne group by Sonogashira cross-coupling and azide-alkyne click reactions. Finally, these apically functionalized tribenzotriquinacene building blocks have been implemented into boronate ester-based organic cage compounds showing modular exohedral functionalities. / Im Rahmen dieser Dissertation wurden Synthesiestrategien für selbstorganisierte organische Käfigstrukturen entwickelt, die eine stimuli-responsive Kontrolle über den Auf- und Abbau sowie eine räumliche Kontrolle über die Funktionalisierung dieser Nanostrukturen erlauben. Um den Assemblierungsprozess organischer Käfige gezielt zu steuern, wurden dative Bor-Stickstoff-Bindungen für die Bildung eines wohldefinierten, diskreten, bipyramidalen organischen Käfigs in Lösung eingesetzt. Die thermodynamischen Assoziationsleichgewichte für die Käfigbildung wurden durch isotherme Titrationskalorimetrie (ITC) tersucht. Temperaturabhängige NMR-Studien zeigten eine reversible Käfigöffnung beim Erwärmen und die quantitative Wiedergewinnung des Käfigs beim Abkühlen. Für die räumliche Funktionalisierung organischer Käfige wurden zwei divergente molekulare Bausteine entworfen und synthetisiert: Zum Einen Tribenzotriquinacen-Derivate die eine terminale Alkinfunktion an der apikalen Position aufweisen und zum Anderen eine meta-Diboronsäure mit einer Pyridylgruppe in 2-Position. Der einfache Zugang zu einer Vielzahl an apikal funktionalisierten Tribenzotriquinacenen wurde durch postsynthetische Modifizierungen der terminalen Alkineinheit durch Sonogashira-Kreuzkupplungen und Azid-Alkin-Klick-Reaktionen veranschaulicht. Schließlich wurden diese apikal funktionalisierten Tribenzotriquinacen-Bausteine in organische Boronatester-Käfige mit modularer exohedraler Funktionalität implementiert.

Nitrogen-regulated pathogenesis describes the expression of virulence attributes as direct response to the quantity and quality of an available nitrogen source. As consequence of nitrogen availability, the opportunistic human fungal pathogen Candida albicans changes its morphology and secretes aspartic proteases [SAPs], both well characterized virulence attributes. C. albicans, contrarily to its normally non-pathogenic relative Saccharomyces cerevisiae, is able to utilize proteins, which are considered as abundant and important nitrogen source within the human host. To assimilate complex proteinaceous matter, extracellular proteolysis is followed by uptake of the degradation products through dedicated peptide transporters (di-/tripeptide transporters [PTRs] and oligopeptide transporters [OPTs]). The expression of both traits is transcriptionally controlled by Stp1 - the global regulator of protein utilization - in C. albicans. The aim of the present study was to elucidate the regulation of virulence attributes of the pathogenic fungus C. albicans by nitrogen availability in more detail. Within a genome wide binding profile of Stp1, during growth with proteins, more than 600 Stp1 target genes were identified, thereby confirming its role in the usage of proteins, but also other nitrogenous compounds as nitrogen source. Moreover, the revealed targets suggest an involvement of Stp1 in the general adaption to nutrient availability as well as in the environmental stress response. With the focus on protein utilization and nitrogen-regulated pathogenesis, the regulation of the major secreted aspartic protease Sap2 - additionally one of the prime examples of allelic heterogeneity in C. albicans - was investigated in detail. Thereby, the heterogezygous SAP2 promoter helped to identify an unintended genomic alteration as the true cause of a growth defect of a C. albicans mutant. Additionally, the promoter region, which was responsible for the differential activation of the SAP2 alleles, was delimited. Furthermore, general Sap2 induction was demonstrated to be mediated by distinct cis-acting elements that are required for a high or a low activity of SAP2 expression. For the utilization of proteins as nitrogen source it is also crucial to take up the peptides that are produced by extracellular proteolysis. Therefore, the function and importance of specific peptide transporters was investigated in C. albicans mutants, unable to use peptides as nitrogen source (opt1Δ/Δ opt2Δ/Δ opt3Δ/Δ opt4Δ/Δ opt5Δ/Δ ptr2Δ/Δ ptr22Δ/Δ septuple null mutants). The overexpression of individual transporters in these mutants revealed differential substrate specificities and expanded the specificity of the OPTs to dipeptides, a completely new facet of these transporters. The peptide-uptake deficient mutants were further used to elucidate, whether indeed proteins and peptides are an important in vivo nitrogen source for C. albicans. It was found that during competitive colonization of the mouse intestine these mutants exhibited wild-type fitness, indicating that neither proteins nor peptides are primary nitrogen sources required to efficiently support growth of C. albicans in the mouse gut. Adequate availability of the preferred nitrogen source ammonium represses the utilization of proteins and other alternative nitrogen sources, but also the expression of virulence attributes, like Sap secretion and nitrogen-starvation induced filamentation. In order to discriminate, whether ammonium availability is externally sensed or determined inside the cell by C. albicans, the response to exterior ammonium concentrations of ammonium-uptake deficient mutants (mep1Δ/Δ mep2Δ/Δ null mutants) was investigated. This study showed that presence of an otherwise suppressing ammonium concentration did not inhibit Sap2 proteases secretion and arginine-induced filamentation in these mutants. Conclusively, ammonium availability is primarily determined inside the cell in order to control the expression of virulence traits. In sum, the present work contributes to the current understanding of how C. albicans regulates expression of virulence-associated traits in response to the presence of available nitrogen sources - especially proteins and peptides - in order to adapt its lifestyle within a human host. / Stickstoffregulierte Pathogenität bezeichnet die Kontrolle von Virulenz-assoziierten Eigenschaften als direkte Folge der verfügbaren Quantität und Qualität einer Stickstoffquelle. Im Zusammenhang mit der Stickstoffverfügbarkeit verändert der opportunistisch krankheitserregende Pilz Candida albicans seine Morphologie und sekretiert Aspartat-Proteasen [SAPs], beides gut charakterisierte Virulenzattribute. Im Gegensatz zu seinem normalerweise apathogenen Verwandten Saccharomyces cerevisiae ist C. albicans in der Lage Proteine zu verwerten, welche als sehr häufige und wichtige Stickstoffquelle im menschlichen Wirt angesehen werden. Zur Nutzung von Proteinen sekretiert C. albicans Aspartat-Proteasen für den außerzellulären Verdau der Proteine und exprimiert Peptidtransporter (Di- /Tripeptidtransporter [PTRs] und Oligopeptidtransporter [OPTs]) um die Abbauprodukte aufzunehmen. Beide Eigenschaften werden transkriptionell von Stp1 - dem globalen Regulator zur Verwertung von Proteinen - kontrolliert. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Regulation von Virulenzattributen im pathogenen Pilz C. albicans durch die Verfügbarkeit von Stickstoff genauer zu untersuchen. Innerhalb einer genomweiten Bindestudie von Stp1 wurden mehr als 600 Stp1-Zielgene während des Wachstums mit Proteinen identifiziert. Dadurch bestätigte sich die Funktion von Stp1 in der Proteinverwertung und wurde zudem auch auf die allgemeine Verwertung von Stickstoffquellen erweitert. Des Weiteren deuten die aufgedeckten Zielgene an, dass Stp1 womöglich in der Adaption an die generelle Nährstoffverfügbarkeit sowie in der Antwort auf Stresssignale beteiligt ist. Mit dem Fokus auf die Proteinverwertung und stickstoffregulierter Pathogenität wurde die Regulation der wichtigsten sekretierten Protease Sap2 - welche außerdem ein Paradebeispiel für allelische Heterogenität ist - im Detail untersucht. Dabei half der heterogene SAP2-Promoter bei der Identifizierung einer unbeabsichtigten genomischen Veränderung als wahren Grund eines Wachstumsdefektes einer C. albicans Mutante. Zusätzlich wurde der Promotorbereich eingegrenzt, welcher für die unterschiedliche Aktivierung der beiden SAP2 Allele verantwortlich ist. Weiterhin wurden verschiedene cis-aktive Elemente identifiziert, die entweder für eine hohe oder eine niedrige SAP2 Expression benötigt werden. Die Aufnahme von Peptiden, die durch den außerzellulären Verdau entstehen, ist für die Verwertung von Proteinen ebenso wichtig. Deshalb wurde die Funktion und Bedeutung der spezifischen Peptidtransporter anhand von C. albicans Mutanten untersucht, welche Peptide nicht aufnehmen können (opt1Δ/Δ opt2Δ/Δ opt3Δ/Δ opt4Δ/Δ opt5Δ/Δ ptr2Δ/Δ ptr22Δ/Δ Septuplemutanten). Die Überexpression von individuellen Transportern in diesen Septuplemutanten offenbarte unterschiedliche Substratspezifitäten und erweiterte die Spezifität für die OPTs auf Dipeptide, eine komplett neue Facette dieser Transporter. Des Weiteren ermöglichten die Septuplemutanten eine Aufklärung, ob Proteine und Peptide tatsächlich eine wichtige In Vivo Stickstoffquelle für C. albicans sind. Dieses Arbeit zeigte, dass während der kompetitiven Kolonisierung des Mäusedarms die Septuplemutanten wildtypische Fitness aufwiesen. Dies deutet daraufhin, dass weder Proteine noch Peptide eine wichtige Stickstoffquelle für ein effizientes Wachstum in diesem In Vivo Model sind. Die ausreichende Verfügbarkeit der bevorzugten Stickstoffquelle Ammonium unterdrückt die Verwertung von Proteinen und anderen alternativen Stickstoffquellen. Aber auch die Expression von Virulenzattributen, wie die Proteasesekretion und die stickstoffmangel-induzierte Filamentierung, wird durch Ammonium inhibiert. Um zu unterscheiden, ob C. albicans die Ammoniumverfügbarkeit außerzellulär oder in der Zelle bestimmt, wurde das Verhalten auf außerzelluläre Ammoniumkonzentrationen in Mutanten untersucht, welche Ammonium nicht aufnehmen können (mep1Δ/Δ mep2Δ/Δ Mutanten). Diese Arbeit zeigte, dass in diesen Mutanten eine ansonsten inhibierende Ammoniumkonzentration nicht in der Lage war, die Sekretion der Sap2-Protease oder die Arginin-induzierte Hyphenbildung zu unterdrücken. Folglich wird, um die Expression von Virulenzattributen zu regulieren, die Ammoniumverfügbarkeit vorrangig in der Zelle bestimmt. Zusammenfassend erweitert die vorliegende Arbeit das Verständnis zur Regulation der Expression von Virulenzattributen durch die Verfügbarkeit von Stickstoffquellen - insbesondere Proteine und Peptide - die eine Anpassung von C. albicans an ein Leben im menschlichen Wirt ermöglichen.

Die Heterogenität des Bodens geht mit einer unterschiedlichen, natürlichen Fruchtbarkeit einher. Ziel der teilschlagspezifischen Bewirtschaftung ist es, auf diese Unterschiede einzugehen. Es geht darum, kleinräumige optimale Wachstumsbedingungen zu schaffen. Dabei soll sowohl den ökonomischen als auch ökologischen Aspekten Rechnung getragen werden. Dem Projekt liegt die Hypothese zugrunde, dass Bodenheterogenität im Trockengebiet zu gerichteten Unterschieden im Nmin-Gehalt des Bodens führt. Das wirkt sich auf den N-Bedarf der Bestände aus. Unter trockenen Anbaubedingungen ist besonderer Wert auf eine Bestandesführung zu legen, die den unproduktiven Wasserverbrauch möglichst einschränkt. Weil das Stickstoffangebot darauf starken Einfluss nimmt, ist es bereits zeitig kleinräumig zu differenzieren. Im Mittelpunkt des Projektes standen folgende Fragestellungen: - Wie umfangreich ist die Variabilität des Nmin in Abhängigkeit von den Bodenunterschieden? - Ist nach gezielter Beprobung bereits zu Vegetationsbeginn eine differenzierte N-Düngung möglich? Dazu ist zu prüfen, inwieweit Ertrags-, Boden- bzw. Leitfähigkeitskarten als Entscheidungshilfen dienen können. - Wie kann auf eine mögliche Nmin-Differenzierung zeitig reagiert werden? Sind diese Unterschiede auszugleichen oder beizubehalten. - Welche Rückschlüsse lassen sich aus den Mustern der Ertragskarten ziehen? Wie gut stimmen sie mit den Karten der elektrischen Leitfähigkeit überein? - Bewirkt die ortsspezifische N-Düngung eine Reduzierung der Düngermenge bzw. eine Ertragssteigerung auf den untersuchten Schlägen gegenüber der einheitlichen Düngung? - Ergeben sich durch ortsspezifische N-Düngung ökologische Vorteile, wie Reduzierung der Nitratauswaschung gegenüber der herkömmlichen einheitlichen Düngung?

Die Buche (Fagus sylvatica L.) ist sowohl in ökonomischer als auch in ökologischer Hinsicht in Mitteleuropa eine sehr wichtige Baumart. Häufig sind Buchenwälder auf Böden anzutreffen, auf denen Stickstoff das limitierende Nährelement ist. Auf solchen Böden konkurrieren deshalb Buchen, Ektomykorrhizapilze und Bodenbakterien um den verfügbaren Stickstoff. Der prognostizierte Klimawandel mit steigenden Temperaturen, Trockenperioden und Starkregenereignissen wird den Stickstoffkreislauf und die Konkurrenzverhältnisse beeinflussen, da sich zwei der wichtigsten Bodenparameter, Bodenfeuchte und Bodentemperatur, verändern werden. In diesen Parameter unterscheiden sich auch die beiden Versuchsflächen in Baden-Württemberg in der Nähe von Tuttlingen, die für die Versuche dieser Arbeit ausgewählt wurden. Die Flächen befinden sich gegenüberliegend in einem Tal und sind auf der einen Seite NO bez. NW exponiert und auf der anderen Seite SW exponiert. Der SW-Hang weist im Vergleich zu den nördlich exponierten Hängen eine erhöhte Bodentemperatur und eine verminderte Bodenfeuchte auf und kann damit als Modellstandort für das prognostizierte zukünftige Klima gelten. Wie die Buche mit den erwarteten klimatischen Änderungen umgehen wird, wird unter anderem auch von der Reaktion der Ektomykorrhizapilze abhängen. Diese spielen bei der Stickstoffaufnahme der Buchen eine entscheidende Rolle, da die Wurzelspitzen der Buche in natürlichen Ökosystemen praktisch vollständig mit Ektomykorrhizapilzen kolonisiert sind. Um die komplex zusammengesetzten Mykorrhizagesellschaften an Buchen charakterisieren und in Bezug auf ihre Funktion analysieren zu können, sind Informationen über die Morphologie und Anatomie der einzelnen Pilzarten notwendig. Selbst in Mitteleuropa fehlen aber für einen Großteil der Ektomykorrhizen exakte wissenschaftliche Beschreibungen. Daher wurde exemplarisch ein mykorrhizaler Morphotyp, der auf den Tuttlinger Versuchsflächen häufig vorkommt, morphologisch und anatomisch beschrieben und gezeichnet. Wegen seiner dicht mit langen Cystiden besetzten Manteloberfläche wird er dem „Short distance“-Explorationstyp zugeordnet. Besonders auffällig sind die drei bis sechsfachen Verzweigungspunkten der Cystiden, die charakteristisch verdickt sind und denen die Mykorrhiza ihren provisorischen Namen „Fagirhiza inflata“ verdankt. Die aufgrund der anatomischen Merkmale und der dextrinoiden Reaktion von Mantel und Cystiden mit Melzers Reagenz angenommene Zugehörigkeit zur Gattung Sebacina wurde durch die ITS-Sequenzierung bestätigt. Bisher war unklar, ob die Stickstoffversorgung von Buchen unter gegebenen Bedingungen von den Bodenmikroben, den Mykorrhizapilzen oder der Herkunft der Bäume abhängt. In einem Experiment sollte untersucht werden, ob und wie sich die unterschiedliche Artenzusammensetzung von Mykorrhizagesellschaften auf die Stickstoffakkumulation in den mykorrhizierten Wurzelspitzen und den Stickstofftransfer zu den Pflanzen auswirkt. Es wurden junge, genetisch ähnliche Buchen mit ihren assoziierten Mykorrhiza¬gesellschaften aus Tuttlingen von einem NO-Hang und einem SW-Hang in einen homogenen Boden transferiert und unter gleichen klimatischen Bedingungen mit 13C und 15N markiert. Die geringe mikrobielle Biomasse im Substrat führte dazu, dass die Konkurrenz um den Stickstoff mit Bakterien stark vermindert wurde. Die nicht mykorrhizierten Wurzelspitzen der NO- und SW-Buchen akkumulierten unter diesen Bedingungen das 15N gleich stark. Im Gegenteil dazu akkumulierten die mykorrhizierten Wurzelspitzen der NW-Buchen das 15N stark verzögert im Vergleich zu den mykorrhizierten Wurzelspitzen der SW-Buchen. Korrespondierend dazu dauerte bei den NO-Buchen der Transfer des 15N zu den Feinwurzeln und Blättern länger und erfolgte in niedrigeren Raten als bei den SW-Buchen. Daraus folgt, dass die Mykorrhizagesellschaften den N-Transport zur Pflanze kontrollierten. Außerdem zeigen diese Ergebnisse, dass die Mykorrhizapilze, die sich an trockene und warme Bedingungen angepasst haben, die Leistungsfähigkeit von den an moderate Bedingungen angepassten Mykorrhizapilzen in Bezug auf die Akkumulation von Stickstoff sogar übertreffen, wenn die umweltbedingten Einschränkungen wegfallen. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Zusammensetzung der Mykorrhizagesellschaften entscheidend für die Zukunftsfähigkeit der Buchenwälder ist. Um die Auswirkungen des prognostizierten Klimawandels (erhöhte Temperatur und niedrigere Bodenfeuchte) auf die Stickstoffversorgung von Buchen abschätzen zu können, wurde Buchennaturverjüngung mit umgebendem Boden (Mesokosmen) in Tuttlingen von dem NW-Hang auf den gegenüberliegenden SW-Hang ("Klimawandel" Behandlung) oder von dem NW auf den NW Hang (Kontrolle) transferiert. Die Buchen wurden für ein Jahr unter diesen Bedingungen kultiviert. In der nachfolgenden Vegetationsperiode wurde nach Injizieren von 15N markierten Stickstoffformen (Glutamin, Ammonium, Nitrat) in den Boden an mehreren Zeitpunkten geerntet. Anhand der 15N-Aufnahmeraten stellte sich Nitrat als die dominierende Stickstoffquelle für die Buchen heraus. Die klimatischen Bedingungen auf der SW-Seite führten zu einem Einbruch bei der Nitratbereitstellung durch die Bodenbakterien und damit zu Nitratmangel und nachfolgend zu einer Reduktion der Biomasse der Buchennaturverjüngung. In den mykorrhizierten Wurzelspitzen hingegen zeigte sich durchgängig, dass 15N aus Ammonium am stärksten akkumuliert wurde, gefolgt von Nitrat und Glutamin. In den meisten Fällen wurde auf der SW-Seite signifikant oder tendenziell weniger 15N akkumuliert als auf der NW-Seite. Intaktes Glutamin wurde weder in den mykorrhizierten Wurzelspitzen noch in den Buchen festgestellt, was auf eine sehr geringe Bedeutung von organischen Stickstoffformen für die Stickstoffversorgung der Buchen schließen lässt. Die Ergebnisse lassen befürchten, dass es in Zukunft große Probleme bei der Stickstoffversorgung der Buche geben wird. Vermutlich sind diese Restriktionen in der Stickstoffversorgung eine der Ursache für die prognostizierte erhebliche Reduktion der Kalkbuchenwälder bis zum Ende des 21. Jahrhunderts.

Um den Stickstoffaustrag zu verringern und die hohen N-Bilanzüberschüsse bei Winterraps zu reduzieren, wurden mehrjährige Versuche zur biomasseabhängigen Düngebedarfsermittlung und teilflächenspezifischen Stickstoffdüngung auf trockenen Standorten in Sachsen und Sachsen-Anhalt durchgeführt. Bei bedarfsgerechten Stickstoffgaben im Frühjahr spielen auch die vor dem Winter eingelagerten N-Mengen und der Verbleib des Stickstoffs in abgestorbenen Sprossteilen eine Rolle. Die Frischmassebestimmung hat sich in homogenen Rapsbeständen als zuverlässiges Verfahren für die Ermittlung der N-Aufnahme erwiesen. Auf großen heterogenen Schlägen kann bereits im Herbst die Bestandesentwicklung erheblich variieren. Unter diesen Bedingungen hat sich die sensorgestützte N-Düngung bewährt. Auf trockenen Standorten mit stabilen Ertragszonen kann durch Hinterlegung von Applikationskarten die jeweilige N-Menge besser auf das Ertragsniveau der Teilflächen im Vergleich zum einfachen Sensoreinsatz angepasst werden.

Universiẗat, Diss.--Paderborn, 1994.

Hohenheim, Univ., Diss., 2007.

Thesis (doctoral)--Rijsuniversiteit te Groningen, 1983. / Foreword and introductory summary in Dutch. Includes bibliographical references.

Universiẗat, Diss., 1999--Dortmund. / Dateiformat: PDF.