Zugl.: Göttingen, Univ., Diss., 2009

Humboldt-Universiẗat, Diss., 2002--Berlin.

Universiẗat, Diss., 2004--Freiburg (Breisgau).

Die Phänologie beschäftigt sich mit der Entwicklung von Pflanzen im Jahresverlauf. Das Wort Phänologie stammt aus dem Griechischen und bedeutet wörtlich: Die Lehre von den Erscheinungen. Und genau darum geht es: Phänologen beobachten die regelmäßig wiederkehrenden Wachstums- und Entwicklungserscheinungen von Pflanzen. Dazu gehören z. B. Blühbeginn, Fruchtreife und Laubfall. Die Veränderungen notieren Phänologen in einem speziellen Kalender, der zehn Jahreszeiten aufweist. Dieser phänologische Kalender orientiert sich an den charakteristischen Entwicklungsstadien typischer Zeigerpflanzen ( z. B. Schneeglöckchen, Holunder, Salweide). Redaktionsschluss: 30.10.2019

Die Verfügbarkeit des Makroelementes Phosphor ist für Lebewesen eingeschränkt. Besonders bei der Pflanzenproduktion und der Tierernährung spielt die Phosphorverfügbarkeit eine wichtige Rolle bei der ökonomischen Nutzung der Ressourcen. In den Fokus der Wissenschaft zur Lösung des Phosphorproblems gerieten die Phytasen, da monogastrische Tiere nicht in der Lage sind das in den Pflanzensamen gespeicherte Phytat zu nutzen. Die gentechnische Veränderung von Pflanzen stellt eine effiziente Möglichkeit zur Produktion von phosphatfreisetzenden Enzymen, zur Erhöhung der Biomasseproduktion und zur Veränderung der Inhaltstoffe dar. In dieser Arbeit wurden erfolgreich transgene Pflanzen der Arten Nicotiana tabacum L. cv. Samsun und Hordeum vulgare L. cv. Golden Promise erzeugt, die in der Lage waren die Phytase aus Klebsiella sp. ASR1 bzw. aus Bacillus amyloliquefaciens FZB45 zu produzieren. Es wurde für jedes Protein eine Strategie zur Reinigung des aktiven Enzyms aus den verschiedenen Wirtsorganismen entwickelt und seine biochemischen Eigenschaften charakterisiert. Es wurde gezeigt, dass die β-Propeller-Phytase aus Bacillus im Gegensatz zur sauren Phytase aus Klebsiella durch die posttranslationale Modifikation teilweise ihre Eigenschaften ändert. Die Auswirkungen der heterologen Expression der Phytasen auf die Veränderung der Anteile von Phytinsäure und anorganischem Phosphor, in Relation zum gesamten Phosphor, in den Gerstensamen wurden untersucht. Es wurde eine Reduktion des Phytinsäuregehaltes um 19 % und eine Erhöhung des Gehalts anorganischem Phosphor zwischen 27 % und 78 nachgewiesen. Mit Hilfe von spezifischen Signalsequenzen gelang es die Phytaseproteine aus der Wurzel in das umgebende Medium zu sekretieren. Die Sekretion der Bacillus Phytase führte zu einer Steigerung der Biomasseproduktion von Nicotiana tabacum L. unter unsterilen Wachstumsbedingungen mit Phytat als einziger P-Quelle um 34 %. / Due to the bad availability of phosphorus in natural habitats the improvement of phosphorus accessibility to organisms became an important topic of research, particularly for agriculture and animal nutrition. In plant seeds phosphorus is bound to D-myo-inositol to form phytic acid that is indigestible for mono gastric animals. Therefore the use of phytases to hydrolyze the phytic acid and to mobilize the anorganic phosphorus came in focus to science. Genetic engineering gave the opportunity to improve the phosphorus availability. Genetic manipulation of plants is a suitable tool to produce phosphorus releasing enzymes, thereby increasing the biomass and decreasing the content of phytic acid in plants. In this work I generated transgenic plants of Nicotiana tabacum and Hordeum vulgare vulgare which successfully express the phytase gene phyK from Klebsiella pneumonia ASR1 and phyC from Bacillus amyloliquefaciens FZB42. Chromatographically purification strategies were developed and biochemical properties were characterized for all phytase proteins. All enzymes were active and PhyC was posttranslational modified. The effect of the recombinant phytase activity to total phosphorus, phytic acid and anorganic phosphorus content of barley seeds were elucidated. The phyK-expression in barley seeds yield a reduction of phytic acid content of about 19 % and an increase of anorganic phosphorus of about 78 %. Transgenic barley seeds with phyC gene expression show an increase of anorganic phosphorus content from 27 % to 48 % but no decrease in phytic acid content. In growth experiments no special phenotypes of plant containing the recombinant protein were visible. The insertion of apoplastic signal sequences in front of the phytase genes resulted in secretion of the proteins into the rhizosphere. The secretion of PhyC led to an improved growth of Nicotiana tabacum under unsterile conditions with sodium phytate as single phosphorus source increasing the biomass up to 34 %.

Diss. (sammanfattning Uppsala : Sveriges lantbruksuniv. / Härtill 4 uppsatser.

Thesis (doctoral)--Uppsala University, 1985. / Includes bibliographical references (p. [92]-98).

Das Ziel der Arbeit war die Entwicklung einer Begrünungsmethode für Gleisbette mit schneller Vegetationsentwicklung. Zur Begrünung wurden Sedumpflanzen verwendet, die durch den Einsatz von Bacillus subtilis, Lactobacillus und Nährsubstrat (allein und kombiniert) in verschiedenen Vegetationssystemen auf dem nährstoffarmen Standort Gleisbett etabliert werden sollten. Die Aktivität der inokulierten Mikroorganismen wurde indirekt über den Einfluss auf die Vegetationsleistung ermittelt. Der Einsatz von B. subtilis und Lactobacillus bewirkte eine signifikante Wachstumsförderung der oberirdischen Pflanzenteile. Die Anwendung von Nährsubstrat als Bodenhilfsmittel war ebenfalls für das Pflanzenwachstum besonders wirksam, sowohl allein appliziert als auch in Kombination mit den Bakterien. Darüber hinaus führte die Applikation der Bakterien und des Nährsubstrates zu einem reduzierten Trockenstress auf Geotextilmatten. Die Wahl des Substrates war entscheidend für die Wirksamkeit der Bakterieninokulation. Jedoch hatten höhere Versuchstemperaturen und pH-Werte ebenfalls eine positive Wirkung auf das Pflanzenwachstum. Diese Einflüsse waren in Kombination mit Ziegelbruchsubstrat wesentlich stärker als mit den anderen getesteten Substrattypen. Das Ziegelbruchsubstrat kombiniert mit einer Bakterien- und Nährsubstratbehandlung bewährte sich als günstiges, umweltschonendes Begrünungsverfahren von Gleisbettanlagen. / The aim of the present study was to develop and improve existing methods for the remediation of rail tracks using soil borne bacteria. Through the use of Bacillus subtilis and Lactobacillus ssp. alone and in combination with a nutrient solution three different growth substrates were tested. The substrates were brick chips, textile mats, and mineral wool mats. Brick chips were tested along railway tracks in Munich but all three substrates were tested along an artificial rail track on the experimental station at the Humboldt University-Berlin. Plants selected for remediation belong to the genus Sedum, which is relatively tolerant to dry conditions. The use of Bacillus subtilis and Lactobacillus in combination with a nutrient solution improved plant growth significantly. Plants inoculated with bacteria showed increased growth during the first three months but after four months there was no longer any significant difference between treatments. The addition of nutrient solution alone improved plant growth. Plant growth was significantly different on all three substrates, whereas brick chips were the best substrate. The results of this study indicate that the quality of the substrate is the most important factor for remediation and greening of rail tracks. Both bacteria tested had only a limited effect. High temperature and pH resulted in larger Sedum plants in the open field. Brick chips are a cheap substrate which can be used for rail track greening. The rapid growth of plants can be influenced by the application of an additional nutrient solution as well as inoculation with Lactobacillus and/or B. subtilis.

Bacillus amyloliquefaciens FZB42 ist ein frei lebendes Bakterium, das Pflanzenwurzeln besiedelt und das Pflanzenwachstum durch viele verschiedene Wirkmechanismen anregt. In dieser Arbeit wurden die molekularen Grundlagen dieser positiven Wirkungen, die dieses „Pflanzenwachstum fördernde Rhizobakterium“ (PGPR) auf seine Wirte ausübt, untersucht. Um den gegenseitigen Austausch von B. amyloliquefaciens und seinen Wirtspflanzen zu entschlüsseln, wurden umfangreiche Proteomstudien durchgeführt. Es wurden Referenzkarten der extrazellulären und zytosolischen Proteinfraktionen erstellt. Die größte Anzahl an ausgeschiedenen Proteinen konnte während der stationären Phase beobachtet werden. Die identifizierten extrazellulären Proteine gehören verschiedenen Funktionsklassen an, wobei die prominentesten Klassen am Kohlenhydrat-Abbau und den Transport von Molekülen durch die Zellwand beteiligt sind. Die zytosolischen Extrakte von Kulturen, die in 1C-Medium bzw. Mineralmedium angezogen wurden, und in der zweidimensionalen Gelelektrophorese (2 DE) aufgetrennt wurden, ergaben 461 und 245 verschiedene Protein-Einträge. Die erstellten Referenz-Karten wurden anschließend verwendet, um Proteine und Prozesse, in an der Interaktion mit Pflanzen beteiligt sind, zu identifizieren. Dafür wurden die Bakterien Wurzelexudaten von Mais (Zea mays L.) ausgesetzt. Die Proteine aus zwei Stämmen, denen die globalen Transkriptionsregulatoren (Degu, AbrB) und vier Sigma-Faktoren (SigB, SigM, SigV, und SigX) fehlen, wurden ebenfalls untersucht, um ihre Beteiligung an den bakteriellen Reaktionen auf die Wurzelausscheidungen zu analysieren. Zusammenfassend ist dies die erste Studie, die umfangreiche Proteomdaten von Gram-positiven PGPR präsentiert, wobei gleichzeitig die Veränderung der Expression von extrazellulären und zytoplasmatischen Proteinen, nach Zugabe von Wurzelexudaten, ausgewertet wurde. / Bacillus amyloliquefaciens strain FZB42 is a free-living bacterium that competitively colonizes plant roots and stimulates plant growth by many different modes of action. The molecular basis of singular beneficial effects that this Plant Growth-Promoting Rhizobacteria (PGPR) exert on their hosts have been studied. To decipher the molecular cross-talk of B. amyloliquefaciens and its’ host plants as a whole system, an extensive proteomic approach was performed. Reference maps of the extracellular and cytosolic protein fractions were established. The highest number of secreted proteins was observed during stationary growth phase. Identified extracellular proteins belong to different functional classes, with the most prominent classes involved in carbohydrate degradation and transportation of molecules across the cell wall. Cytosolic extracts obtained from cultures grown in 1C and minimal media subjected to the 2 Dimensional Electrophoresis (2 DE), revealed 461 and 245 different protein entries, respectively. Created reference maps were subsequently used to identify proteins and processes involved in the interaction with plants, prior to exposure of bacteria to maize (Zea mays L.) root exudates. The proteomics of two strains lacking expression of genes coding for global transcriptional regulators (degU, abrB) and four sigma factors (sigB, sigM, sigV, and sigX) were also inves-tigated, in order to analyse their involvement in bacterial responses to root exudates. In summary, this is the first study presenting comprehensive proteomics of Gram-positive PGPR, evaluating at the same time changes in protein expression caused by addition of root exudates at the extracellular and cytosolic level.

The two related putative cytochrome c oxidase (COX) assembly factors HCC1 and HCC2 from Arabidopsis thaliana are Homologs of the yeast Copper Chaperones Sco1p and Sco2p. The hcc1 null mutation was previously shown to be embryo lethal while the disruption of the HCC2 gene function had no obvious effect on plant development, but increased the expression of stress-responsive genes. Both HCC1 and HCC2 contain a thioredoxin domain, but only HCC1 carries a Cu-binding motif also found in Sco1p and Sco2p. In order to investigate the physiological implications suggested by this difference, various hcc1 and hcc2 mutants were generated and analyzed. The lethality of the hcc1 knockout mutation was rescued by complementation with the HCC1 gene under the control of the embryo-specific promoter ABSCISIC ACID INSENSITIVE 3. However, the complemented seedlings did not grow into mature plants, underscoring the general importance of HCC1 for plant growth. The HCC2 homolog was shown to localize to mitochondria like HCC1, yet the function of HCC2 is evidently different, because two hcc2 knockout lines developed normally and exhibited only mild growth suppression compared with the wild type (WT). However, hcc2 knockouts were more sensitive to UV-B treatment than the WT. Complementation of the hcc2 knockout with HCC2 rescued the UV-B-sensitive phenotype. In agreement with this, exposure of wild-type plants to UV-B led to an increase of HCC2 transcripts. In order to corroborate a function of HCC1 and HCC2 in COX biogenesis, COX activity of hcc1 and hcc2 mutants was compared. While the loss of HCC2 function had no significant effect on COX activity, the disruption of one HCC1 gene copy was enough to suppress respiration by more than half compared with the WT. Therefore, we conclude that HCC1 is essential for COX function, most likely by delivering Cu to the catalytic center. HCC2, on the other hand, seems to be involved directly or indirectly in UV-B-stress responses.