University, Diss., 2004--Bonn.

The Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) instruments onboard the series of National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) satellites offer the longest available meteorological data records from space. These satellites have drifted in orbit resulting in shifts in the local time sampling during the life span of the sensors onboard. Depending upon the amplitude of the diurnal cycle of the geophysical parameters derived, orbital drift may cause spurious trends in their time series. We investigate tropical deep convective clouds, which show pronounced diurnal cycle amplitude, to estimate an upper bound of the impact of orbital drift on their time series. We carry out a rotated empirical orthogonal function analysis (REOF) and show that the REOFs are useful in delineating orbital drift signal and, more importantly, in subtracting this signal in the time series of convective cloud amount. These results will help facilitate the derivation of homogenized data series of cloud amount from NOAA satellite sensors and ultimately analyzing trends from them. However, we suggest detailed comparison of various methods and rigorous testing thereof applying final orbital drift corrections.

Die Verbindung von genetischen, physikalischen und zytologischen Daten ist entscheidend für die Genom- und Chromosomenanalyse. Obwohl Beta vulgaris (2n = 18) als wichtige Kulturpflanze und Untersuchungsobjekt der Grundlagenforschung eine intensiv analysierte Art darstellt, existiert bisher keine Verknüpfung zwischen Kopplungsgruppen (LG) und Chromosomen. B.-vulgaris-Chromosomen können zudem aufgrund fehlender morphologischer Unterscheidungsmerkmale bisher nicht einzeln identifiziert und klassifiziert werden. Somit sind zytogenetisch gewonnene Ergebnisse nicht ohne weiteres auf genetische Kopplungsgruppen und physikalische Karten übertragbar. Zytogenetische Methoden können zur Analyse struktureller Chromosomenveränderungen, zur Identifizierung und Lokalisierung von repetitiver DNA sowie zur Kartierung schwierig zu positionierender Marker verwendet werden. Ziel dieser Arbeit war es daher, ein FISH (Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung)-Verfahren zu etablieren, das die Kopplungsgruppen und Chromosomen der Zuckerrübe korreliert und die mikroskopische Identifizierung aller Chromosomenarme ermöglicht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein FISH-Referenzkaryotyp der Zuckerrübe entwickelt. Durch ein Sondenset aus 18 BACs (bacterial artificial chromosome) sind alle Chromosomenarme der Zuckerrübe identifizierbar und werden mit den nördlichen und südlichen Enden der genetischen Kopplungsgruppen verknüpft. Somit ist eine einheitliche Nummerierung von Kopplungsgruppen und Chromosomen möglich. Durch die gleichzeitige Hybridisierung von chromosomenspezifischen BACs und den Satelliten-DNA-Sonden pAv34 und pBV VI beziehungsweise pEV und pBV wurden die Verteilungsmuster der Sequenzfamilien auf den Chromosomen ermittelt. Die gleichzeitige Hybridisierung aller vier repetitiven Sonden ergab ein chromosomenspezifisches Muster aus subtelomerischen, interkalaren und zentromerischen Signalen. Damit ist die Identifizierung aller B.-vulgaris-Chromosomen in einem einzelnen FISH-Experiment möglich. Zudem wurden dadurch die Chromosomen mit hohem Anteil an tandemartig angeordneten repetitiven Sequenzen identifiziert und die Chromosomenregionen lokalisiert, welche die Sequenzassemblierung behindern können. Sowohl das entwickelte BAC-Set als auch der Sondenpool aus repetitiver DNA unterscheiden die somatischen Metaphasechromosomen erstmals unabhängig von trisomen Linien. Da mit Hilfe der Satelliten-DNA-Sonden alle Chromosomen gleichzeitig markiert werden können, waren die spezifischen physikalischen Längen ermittelbar. Sie wurden mit den genetischen Längen der Kopplungsgruppen in Verbindung gebracht und deckten eine kopplungs-gruppenspezifische Rekombinationshäufigkeit zwischen 0,73 und 1,14 Mb/cM auf. Durch Hybridisierung der BACs und subtelomerischer beziehungsweise telomerischer Sonden auf Pachytänchromosomen wurde der Abstand der BACs sowie der in ihnen enthaltenen genetischen Marker zum physikalischen Chromosomenende abgeschätzt. An fünf Chromo-somenenden wurde ein deutlicher Abstand zwischen den Signalen des BACs und der terminalen Sonden festgestellt. Die zugehörigen Kopplungsgruppen sind demnach erweiterbar. Zudem wurden drei BACs mit nicht detektierbarem Abstand zum Chromosomenende durch FISH an gestreckten Chromatinfasern näher untersucht. Einer der drei BACs wurde eindeutig in unmittelbarer Nähe des Telomers nachgewiesen. Für dieses Ende (Chr 2N) ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass die Kopplungsgruppe durch zusätzliche Marker erweitert werden kann; sie wird darum als abgeschlossen angesehen. Für die Enden Chr 4S und Chr 9S war der Abstand zwischen BAC und terminaler Sonde zu groß, um ihn durch Fiber-FISH zu ermitteln. Für sie sind weitere distal zu positionierende Marker wahrscheinlich. Weiterhin wurden bioinformatische Analysen an der verfügbaren B.-vulgaris-Genomsequenz RefBeet 1.0 durchgeführt. Scaffolds, welche die genetischen terminalen Marker enthalten, wurden bioinformatisch identifiziert und auf ihren Gehalt subtelomerischer und telomerischer Sequenzen untersucht. Vorhandene terminale Sequenzen sind ein Nachweis für eine terminale Lokalisierung der in-silico-Chromosomenabschnitte. Für drei Scaffolds mit zuvor ungeklärter Lage wurde dadurch das in-silico-Chromosom ermittelt beziehungsweise die nördliche oder südliche Position auf dem Chromosom dargestellt. Durch die Lokalisierung dieser Bereiche innerhalb der Sequenz in Bezug zum genetischen Marker und unter Berücksichtigung der Ergebnisse der Pachytän-FISH wurde die Strangorientierung von 16 Scaffolds ermittelt. Auf 14 Scaffolds wurden die Abstände der Marker zu den terminalen Sequenzen bestimmt. Der Median betrug etwa 196 kb. Für alle Kopplungsgruppenenden außer dem Norden von LG 2 und LG 4 ist das Vorhandensein weiterer distaler genetischer Marker wahrscheinlich. Satelliten-DNA ist innerhalb einer Art meist homogen, kann jedoch chromosomenspezifische Varianten ausbilden. Auf dem BAC-Marker für Chr 2N wurde durch Southern-Hybridisierung die subtelomerische Sequenzfamilie pAv34 detektiert. Von dem betreffenden BAC wurde eine Subklonbank erstellt. Durch Southern-Hybridisierung wurde der pAv34-Gehalt der Subklone analysiert. Positive Klone wurden sequenziert. Dabei wurden vier verschiedene vollständige pAv34-2N-Monomere detektiert. Im Vergleich mit pAv34-Volllängenmotiven aus der RefBeet 1.0 und dem Datensatz der nicht assemblierten Sequenzen der RefBeet 0.2 bilden die pAv34-2N-Einheiten mit pAv34-Kopien, die verschiedenen in-silico-Chromosomen und Contigs zugeordnet sind, eine Subfamilie. Aus den Sequenzen der Subklone wurden zwei Subklon-Contigs gebildet, die im in-silico-Chromosomenabschnitt von Chr 2N (Bvchr2.un.sca001) positioniert wurden. Dadurch wurden Regionen bisher unbekannter Sequenz entschlüsselt. Abweichungen zwischen den assemblierten Daten und den Subklonsequenzen deuten auf Assemblierungsfehler der Genomsequenz in repetitiven Bereichen hin. Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse ermöglichen erstmalig die eindeutige Identifizierung aller B.-vulgaris-Chromosomen unabhängig vom Zellzyklusstadium und im Einklang mit genetischen Informationen. Zytogenetische sind jetzt mit molekularen Daten integrierbar und können verwendet werden, um den chromosomenspezifischen Satelliten-DNA-Gehalt aufzudecken und mögliche chromosomenspezifische Subfamilien zu identifizieren. Sie erlauben, physikalische Abstände zwischen Markern zu ermitteln und die Abdeckung von Kopplungsgruppen im terminalen Bereich zu untersuchen. Die Ergebnisse tragen dazu bei, Marker und nicht zugeordnete Contigs und Scaffolds zu kartieren, Ursachen für Lücken aufzudecken und damit die Sequenzdaten des Zuckerrübengenoms zu einer fortlaufenden, hochqualitativen Sequenz zu assemblieren. Die zytogenetischen Daten bilden zudem die Basis für zukünftige Untersuchungen struktureller Umbauten von Chromosomen, die während der Genomevolution stattfanden. / The correlation of genetic, physical and cytological data is crucial for interdisciplinary genome and chromosome analyses. Beta vulgaris (2n = 18) is an important crop and an object of basic research. Although it is an intensely analysed species, its genetic linkage groups (LG) have not been assigned to chromosomes. Additionally, sugar beet chromosomes lack distinct morphological features and could therefore not be identified and classified individually. Consequently, results generated by cytogenetic methods can not be readily applied to genetic and physical maps. Cytogenetic approaches enable analysing structural chromosomal changes, identifying and localizing repetitive DNA, and mapping of markers which are difficult to place within linkage maps. Therefore, the main objective of this work has been the development of a FISH (fluorescence in situ hybridization) procedure that correlates LGs with chromosomes of sugar beet and that allows the microscopic identification of individual chromosome arms. In this work a FISH reference karyotype for sugar beet has been established. A set of 18 BACs (bacterial artificial chromosome) allows the unequivocal identification of each sugar beet chromosome and assigns them to the southern and northern ends of LGs. Hence, the chromosomes are numbered in accordance with the genetic map. The arm-specific BACs and the satellite DNA families pBV and pBV VI or pEV and pAv34 have been hybridized simultaneously to assign the distribution patterns of the highly abundant sequence families to chromosomes. Simultaneous hybridization of the four repetitive probes revealed a chromosome-specific pattern of subtelomeric, intercalary and centromeric signals. Thus, each of the sugar beet chromosomes can be identified in a single FISH experiment. Furthermore, chromosomes with a high content of repetitive DNA have been identified and chromosomal regions that may hinder the correct sequence assembly have been localized. The BAC set as well as the pooled satellite DNA probes discriminate the somatic chromosomes for the first time independently from trisomic lines. Since the chromosomes are differentially labelled with the satellite DNA probes their physical distances could be determined and correlated with genetic distances of the corresponding LGs. A LG-specific recombination frequency from 0.73 to 1.14 Mb/cM has been disclosed. BACs and subtelomeric or telomeric sequences have been hybridized simultaneously on pachytene chromosomes to estimate distances between BACs plus the markers they contain and the physical chromosome ends. Five BACs showed substantial distances to the physical chromosome ends; the corresponding LGs could thus be extended by additional markers. Furthermore, three BACs showing only minor distances to chromosome ends have been investigated in detail by fiber-FISH. One of these BACs was localized closely adjacent to the telomere. For this chromosome end (Chr 2N) it is unlikely that the LG could be extended distally by additional markers and is therefore considered to be closed. The BACs for the chromosome ends Chr 4S and Chr 9S have been too distant from the terminal probe to be bridged by fiber-FISH. For them it is likely that further markers can be placed distally. Furthermore, the B. vulgaris genomic sequence RefBeet 1.0 has been investigated. Scaffolds containing terminal genetic markers have been identified bioinformatically and analysed for the content of subtelomeric and telomeric sequences. The occurrence of terminal sequences confirms the terminal localization of in silico chromosome segments. Three scaffolds with an initially unknown position could thus be allocated to in silico chromosomes and to the northern or southern position on the chromosome. The strand orientation of 16 scaffolds has been determined based on the localization of terminal sequences in relation to the genetic marker considering the results of FISH on pachytene chromosomes. The distance between markers and terminal sequences has been determined for 14 scaffolds. The median is 196 kb. It is likely that further markers can be placed distally from all LG ends except for the north of LG 2 and LG 4. Satellite DNA is usually homogenous within one species; however, it can form chromosome-specific variants. Southern hybridization revealed that the BAC marker for Chr 2N contains the subtelomeric sequence family pAv34. The BAC has been subcloned and the pAv34 content of the subclones has been analysed by Southern hybridization. Positive clones have been sequenced. Thereby, four pAv34-2N monomeres have been detected. Compared to full-length pAv34 motives derived from the RefBeet 1.0 and from unassembled sequence data of the RefBeet 0.2 the pAv34-2N units form a subfamily together with pAv34 copies assigned to different in silico chromosomes and contigs. The subclone sequences have been assembled to two subclone contigs, which have been positioned within the in silico chromosome segment of Chr 2N (Bvchr2.un.sca001). Thereby, regions of unknown sequence have been decoded and probable misassemblies in repetitive regions within the RefBeet 1.0 have been disclosed. The results obtained in this work enable the identification of all sugar beet chromosomes independently from their stage of cell division and in accordance with genetic information. Cytogenetic data are integrated with molecular data and can be used for identifying the chromosome-specific distribution of repeats and chromosome-specific repeat variants. They enable determining physical distances between markers and investigating the terminal coverage of LGs. The results support the correct mapping of markers and unassigned contigs, uncover reasons for gaps within maps and sequence assemblies, and thus contribute to assembling data into a continuous high quality genome sequence of sugar beet. Moreover, the cytogenetic data represent the basis for future investigations of structural chromosomal changes that took place during evolution.

Die hohe raumzeitliche Variabilität von konvektiven Wolken hat erhebliche Auswirkungen auf die Quantifizierung des Wolkenstrahlungseffektes. Da konvektive Wolken in atmosphärischen Modellen üblicherweise parametrisiert werden müssen, sind Beobachtungsdaten notwendig, um deren Variabilität sowie Modellunsicherheiten zu quantifizieren. Das Ziel der vorliegenden Dissertation ist die Charakterisierung der raumzeitlichen Variabilität von warmen konvektiven Wolkenfeldern mithilfe von Meteosat Beobachtungen sowie deren Anwendbarkeit für die Modellevaluierung. Verschiedene Metriken wurden untersucht, um Unsicherheiten in Modell- und Satellitendaten sowie ihre Limitierungen zu quantifizieren. Mithilfe des hochaufgelösten sichtbaren (HRV) Kanals von Meteosat wurde eine Wolkenmaske entwickelt, welche mit 1×2 km² die Auflösung der operationellen Wolkenmaske von 3×6 km² deutlich übertrifft. Diese ermöglicht eine verbesserte Charakterisierung von kleinskaligen Wolken und bietet eine wichtige Grundlage für die Weiterentwicklung von satellitengestützten Wolkenalgorithmen. Für die Untersuchung der Lebenszyklen konvektiver Wolkenfelder wurde ein Tracking-Algorithmus entwickelt. Die raumzeitliche Entwicklung des Flüssigwasserpfads (LWP) wurde sowohl in einer Eulerschen Betrachtungsweise als auch entlang Lagrange’scher Trajektorien analysiert. Für die Wolkenfelder ergab sich eine charakteristische Längenskala von 7 km. Als Maß für die Wolkenlebenszeit ergab sich eine Lagrange’sche Dekorrelationszeit von 31 min. Unter Berücksichtigung des HRV Kanals verringern sich die Dekorrelationsskalen signifikant, was auf eine Sensitivität gegenüber der räumlichen Auflösung hindeutet. Für eine Quantifizierung dieser Sensitivität wurden Simulationen des ICON-LEM Modells mit einer Auflösung von bis zu 156 m berücksichtigt. Verbunden mit einem zwei- bis vierfach geringeren konvektiven Bedeckungsgrad besitzen die simulierten Wolken bei dieser hohen Auflösung deutlich größere LWP Werte. Diese Unterschiede verschwinden im Wesentlichen, wenn die simulierten Wolkenfelder auf die optische Auflösung von Meteosat gemittelt werden. Die Verteilungen der Wolkengrößen zeigen einen deutlichen Abfall für Größen unterhalb der 8- bis 10-fachen Modellauflösung, was der effektive Auflösung des Modells entspricht. Dies impliziert, dass eine noch höhere Auflösung wünschenswert wäre, damit mit ICON-LEM Wolkenprozesse unterhalb der 1 km-Skala realistisch simuliert werden können. Diese Skala wird zukünftig erfreulicherweise vom Meteosat der dritten Generation abgedeckt. Dies wird ein entscheidender Schritt für ein verbessertes Verständnis von kleinskaligen Wolkeneffekten sowie für die Parametrisierung von Konvektion in NWP und Klimamodellen sein.

The satellite avionics platform has been developed in cooperation with Airbus and is called „Future Low-cost Platform“ (FLP). It is based on an Onboard Computer (OBC) with redundant processor boards based on SPARC V8 microchips of type Cobham Aeroflex UT699. At the University of Stuttgart a test bench with a real hardware OBC and a fully simulated satellite is available for testing real flight scenarios with the Onboard Software (OBSW) running on representative hardware. The test bench as later the real flying satellite "Flying Laptop" – is commanded from a real Ground Control Centre (GCC). The main challenges in the FLP project were - Onboard computer design, - Software design and - Interfaces between platform and payloads In the course of industrialization of this FLP platform technology for later use in satellite constellations, Airbus has started to set up an in-house test bench where all the technologies shall be developed. The initial plan is to get first core elements of the FLP OBSW ported to the new dual-core processor and the new Space Wire(SpW) routing network. The plan also has an inclusion of new Mission Control Software with which one can command the OBC. The new OBC has a dual core processor Cobham Gaisler GR712 and hence, all the payload and related functionality are to be implemented only in a second core which involves a lot of low-level task distribution. The consequent SpW router network application and dual-core platform/payload OBSW sharing are entirely new in the field of satellite engineering.

Die Verbindung von genetischen, physikalischen und zytologischen Daten ist entscheidend für die Genom- und Chromosomenanalyse. Obwohl Beta vulgaris (2n = 18) als wichtige Kulturpflanze und Untersuchungsobjekt der Grundlagenforschung eine intensiv analysierte Art darstellt, existiert bisher keine Verknüpfung zwischen Kopplungsgruppen (LG) und Chromosomen. B.-vulgaris-Chromosomen können zudem aufgrund fehlender morphologischer Unterscheidungsmerkmale bisher nicht einzeln identifiziert und klassifiziert werden. Somit sind zytogenetisch gewonnene Ergebnisse nicht ohne weiteres auf genetische Kopplungsgruppen und physikalische Karten übertragbar. Zytogenetische Methoden können zur Analyse struktureller Chromosomenveränderungen, zur Identifizierung und Lokalisierung von repetitiver DNA sowie zur Kartierung schwierig zu positionierender Marker verwendet werden. Ziel dieser Arbeit war es daher, ein FISH (Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung)-Verfahren zu etablieren, das die Kopplungsgruppen und Chromosomen der Zuckerrübe korreliert und die mikroskopische Identifizierung aller Chromosomenarme ermöglicht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein FISH-Referenzkaryotyp der Zuckerrübe entwickelt. Durch ein Sondenset aus 18 BACs (bacterial artificial chromosome) sind alle Chromosomenarme der Zuckerrübe identifizierbar und werden mit den nördlichen und südlichen Enden der genetischen Kopplungsgruppen verknüpft. Somit ist eine einheitliche Nummerierung von Kopplungsgruppen und Chromosomen möglich. Durch die gleichzeitige Hybridisierung von chromosomenspezifischen BACs und den Satelliten-DNA-Sonden pAv34 und pBV VI beziehungsweise pEV und pBV wurden die Verteilungsmuster der Sequenzfamilien auf den Chromosomen ermittelt. Die gleichzeitige Hybridisierung aller vier repetitiven Sonden ergab ein chromosomenspezifisches Muster aus subtelomerischen, interkalaren und zentromerischen Signalen. Damit ist die Identifizierung aller B.-vulgaris-Chromosomen in einem einzelnen FISH-Experiment möglich. Zudem wurden dadurch die Chromosomen mit hohem Anteil an tandemartig angeordneten repetitiven Sequenzen identifiziert und die Chromosomenregionen lokalisiert, welche die Sequenzassemblierung behindern können. Sowohl das entwickelte BAC-Set als auch der Sondenpool aus repetitiver DNA unterscheiden die somatischen Metaphasechromosomen erstmals unabhängig von trisomen Linien. Da mit Hilfe der Satelliten-DNA-Sonden alle Chromosomen gleichzeitig markiert werden können, waren die spezifischen physikalischen Längen ermittelbar. Sie wurden mit den genetischen Längen der Kopplungsgruppen in Verbindung gebracht und deckten eine kopplungs-gruppenspezifische Rekombinationshäufigkeit zwischen 0,73 und 1,14 Mb/cM auf. Durch Hybridisierung der BACs und subtelomerischer beziehungsweise telomerischer Sonden auf Pachytänchromosomen wurde der Abstand der BACs sowie der in ihnen enthaltenen genetischen Marker zum physikalischen Chromosomenende abgeschätzt. An fünf Chromo-somenenden wurde ein deutlicher Abstand zwischen den Signalen des BACs und der terminalen Sonden festgestellt. Die zugehörigen Kopplungsgruppen sind demnach erweiterbar. Zudem wurden drei BACs mit nicht detektierbarem Abstand zum Chromosomenende durch FISH an gestreckten Chromatinfasern näher untersucht. Einer der drei BACs wurde eindeutig in unmittelbarer Nähe des Telomers nachgewiesen. Für dieses Ende (Chr 2N) ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass die Kopplungsgruppe durch zusätzliche Marker erweitert werden kann; sie wird darum als abgeschlossen angesehen. Für die Enden Chr 4S und Chr 9S war der Abstand zwischen BAC und terminaler Sonde zu groß, um ihn durch Fiber-FISH zu ermitteln. Für sie sind weitere distal zu positionierende Marker wahrscheinlich. Weiterhin wurden bioinformatische Analysen an der verfügbaren B.-vulgaris-Genomsequenz RefBeet 1.0 durchgeführt. Scaffolds, welche die genetischen terminalen Marker enthalten, wurden bioinformatisch identifiziert und auf ihren Gehalt subtelomerischer und telomerischer Sequenzen untersucht. Vorhandene terminale Sequenzen sind ein Nachweis für eine terminale Lokalisierung der in-silico-Chromosomenabschnitte. Für drei Scaffolds mit zuvor ungeklärter Lage wurde dadurch das in-silico-Chromosom ermittelt beziehungsweise die nördliche oder südliche Position auf dem Chromosom dargestellt. Durch die Lokalisierung dieser Bereiche innerhalb der Sequenz in Bezug zum genetischen Marker und unter Berücksichtigung der Ergebnisse der Pachytän-FISH wurde die Strangorientierung von 16 Scaffolds ermittelt. Auf 14 Scaffolds wurden die Abstände der Marker zu den terminalen Sequenzen bestimmt. Der Median betrug etwa 196 kb. Für alle Kopplungsgruppenenden außer dem Norden von LG 2 und LG 4 ist das Vorhandensein weiterer distaler genetischer Marker wahrscheinlich. Satelliten-DNA ist innerhalb einer Art meist homogen, kann jedoch chromosomenspezifische Varianten ausbilden. Auf dem BAC-Marker für Chr 2N wurde durch Southern-Hybridisierung die subtelomerische Sequenzfamilie pAv34 detektiert. Von dem betreffenden BAC wurde eine Subklonbank erstellt. Durch Southern-Hybridisierung wurde der pAv34-Gehalt der Subklone analysiert. Positive Klone wurden sequenziert. Dabei wurden vier verschiedene vollständige pAv34-2N-Monomere detektiert. Im Vergleich mit pAv34-Volllängenmotiven aus der RefBeet 1.0 und dem Datensatz der nicht assemblierten Sequenzen der RefBeet 0.2 bilden die pAv34-2N-Einheiten mit pAv34-Kopien, die verschiedenen in-silico-Chromosomen und Contigs zugeordnet sind, eine Subfamilie. Aus den Sequenzen der Subklone wurden zwei Subklon-Contigs gebildet, die im in-silico-Chromosomenabschnitt von Chr 2N (Bvchr2.un.sca001) positioniert wurden. Dadurch wurden Regionen bisher unbekannter Sequenz entschlüsselt. Abweichungen zwischen den assemblierten Daten und den Subklonsequenzen deuten auf Assemblierungsfehler der Genomsequenz in repetitiven Bereichen hin. Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse ermöglichen erstmalig die eindeutige Identifizierung aller B.-vulgaris-Chromosomen unabhängig vom Zellzyklusstadium und im Einklang mit genetischen Informationen. Zytogenetische sind jetzt mit molekularen Daten integrierbar und können verwendet werden, um den chromosomenspezifischen Satelliten-DNA-Gehalt aufzudecken und mögliche chromosomenspezifische Subfamilien zu identifizieren. Sie erlauben, physikalische Abstände zwischen Markern zu ermitteln und die Abdeckung von Kopplungsgruppen im terminalen Bereich zu untersuchen. Die Ergebnisse tragen dazu bei, Marker und nicht zugeordnete Contigs und Scaffolds zu kartieren, Ursachen für Lücken aufzudecken und damit die Sequenzdaten des Zuckerrübengenoms zu einer fortlaufenden, hochqualitativen Sequenz zu assemblieren. Die zytogenetischen Daten bilden zudem die Basis für zukünftige Untersuchungen struktureller Umbauten von Chromosomen, die während der Genomevolution stattfanden. / The correlation of genetic, physical and cytological data is crucial for interdisciplinary genome and chromosome analyses. Beta vulgaris (2n = 18) is an important crop and an object of basic research. Although it is an intensely analysed species, its genetic linkage groups (LG) have not been assigned to chromosomes. Additionally, sugar beet chromosomes lack distinct morphological features and could therefore not be identified and classified individually. Consequently, results generated by cytogenetic methods can not be readily applied to genetic and physical maps. Cytogenetic approaches enable analysing structural chromosomal changes, identifying and localizing repetitive DNA, and mapping of markers which are difficult to place within linkage maps. Therefore, the main objective of this work has been the development of a FISH (fluorescence in situ hybridization) procedure that correlates LGs with chromosomes of sugar beet and that allows the microscopic identification of individual chromosome arms. In this work a FISH reference karyotype for sugar beet has been established. A set of 18 BACs (bacterial artificial chromosome) allows the unequivocal identification of each sugar beet chromosome and assigns them to the southern and northern ends of LGs. Hence, the chromosomes are numbered in accordance with the genetic map. The arm-specific BACs and the satellite DNA families pBV and pBV VI or pEV and pAv34 have been hybridized simultaneously to assign the distribution patterns of the highly abundant sequence families to chromosomes. Simultaneous hybridization of the four repetitive probes revealed a chromosome-specific pattern of subtelomeric, intercalary and centromeric signals. Thus, each of the sugar beet chromosomes can be identified in a single FISH experiment. Furthermore, chromosomes with a high content of repetitive DNA have been identified and chromosomal regions that may hinder the correct sequence assembly have been localized. The BAC set as well as the pooled satellite DNA probes discriminate the somatic chromosomes for the first time independently from trisomic lines. Since the chromosomes are differentially labelled with the satellite DNA probes their physical distances could be determined and correlated with genetic distances of the corresponding LGs. A LG-specific recombination frequency from 0.73 to 1.14 Mb/cM has been disclosed. BACs and subtelomeric or telomeric sequences have been hybridized simultaneously on pachytene chromosomes to estimate distances between BACs plus the markers they contain and the physical chromosome ends. Five BACs showed substantial distances to the physical chromosome ends; the corresponding LGs could thus be extended by additional markers. Furthermore, three BACs showing only minor distances to chromosome ends have been investigated in detail by fiber-FISH. One of these BACs was localized closely adjacent to the telomere. For this chromosome end (Chr 2N) it is unlikely that the LG could be extended distally by additional markers and is therefore considered to be closed. The BACs for the chromosome ends Chr 4S and Chr 9S have been too distant from the terminal probe to be bridged by fiber-FISH. For them it is likely that further markers can be placed distally. Furthermore, the B. vulgaris genomic sequence RefBeet 1.0 has been investigated. Scaffolds containing terminal genetic markers have been identified bioinformatically and analysed for the content of subtelomeric and telomeric sequences. The occurrence of terminal sequences confirms the terminal localization of in silico chromosome segments. Three scaffolds with an initially unknown position could thus be allocated to in silico chromosomes and to the northern or southern position on the chromosome. The strand orientation of 16 scaffolds has been determined based on the localization of terminal sequences in relation to the genetic marker considering the results of FISH on pachytene chromosomes. The distance between markers and terminal sequences has been determined for 14 scaffolds. The median is 196 kb. It is likely that further markers can be placed distally from all LG ends except for the north of LG 2 and LG 4. Satellite DNA is usually homogenous within one species; however, it can form chromosome-specific variants. Southern hybridization revealed that the BAC marker for Chr 2N contains the subtelomeric sequence family pAv34. The BAC has been subcloned and the pAv34 content of the subclones has been analysed by Southern hybridization. Positive clones have been sequenced. Thereby, four pAv34-2N monomeres have been detected. Compared to full-length pAv34 motives derived from the RefBeet 1.0 and from unassembled sequence data of the RefBeet 0.2 the pAv34-2N units form a subfamily together with pAv34 copies assigned to different in silico chromosomes and contigs. The subclone sequences have been assembled to two subclone contigs, which have been positioned within the in silico chromosome segment of Chr 2N (Bvchr2.un.sca001). Thereby, regions of unknown sequence have been decoded and probable misassemblies in repetitive regions within the RefBeet 1.0 have been disclosed. The results obtained in this work enable the identification of all sugar beet chromosomes independently from their stage of cell division and in accordance with genetic information. Cytogenetic data are integrated with molecular data and can be used for identifying the chromosome-specific distribution of repeats and chromosome-specific repeat variants. They enable determining physical distances between markers and investigating the terminal coverage of LGs. The results support the correct mapping of markers and unassigned contigs, uncover reasons for gaps within maps and sequence assemblies, and thus contribute to assembling data into a continuous high quality genome sequence of sugar beet. Moreover, the cytogenetic data represent the basis for future investigations of structural chromosomal changes that took place during evolution.

Mit dem Europäischen Erdbeobachtungsprogramm 'Copernicus' und seinen Sentinel-Satelliten sowie den beteiligten Missionen steht ein leistungsfähiges Monitoringinstrument zur Verfügung. Das Programm, dessen Umfang fortlaufend erweitert wird, ist auf eine langfristige Nutzung ausgerichtet. Die Daten der satellitengestützten Sensoren besitzen eine hohe zeitliche und räumliche Auflösung und sind kostenfrei verfügbar. Für die Überwachung von Bodenbewegungen und Bodenwassergehalten können die Radar- Daten der beiden Sentinel 1-Satelliten genutzt werden. Die Multispektralsensoren der Sentinel 2-Satelliten stellen Daten zum Zustand der Vegetation und der Landbedeckung zur Verfügung. Die grundsätzliche Eignung der Daten zum Monitoring (nach-) bergbaulich induzierter Prozesse ist vielfältig nachgewiesen worden. Der vorliegende Beitrag befasst sich mit der Umsetzung der theoretischen Erkenntnisse in die Praxis und unternimmt den Versuch, die Transparenz des gesamten Prozesses zu verbessern. Der komplexe Prozess der Datengenerierung, ihrer Auswertung und Bereitstellung für die Aufgaben in der Praxis bedarf weiterer Erläuterungen. Die Leistungsfähigkeit eines Monitorings auf der Basis von Sentinel-Daten ist ansonsten nur bedingt zu beurteilen. Insbesondere die vielfältigen Interaktionen zwischen meteorologischen, geogenen und anthropogenen Prozessen sind hinsichtlich Ihrer Auswirkung auf die Nutzbarkeit für Aufgaben des (Nach)bergbaumonitorings zu analysieren. Im Rahmen verschiedener Forschungsvorhaben wird daher untersucht, wie hoch die Aussagekraft der Radardaten der Sentinel-Satelliten für die Beurteilung von Prozessen am Boden aktuell ist. Für diese Analyse ist die enge Verknüpfung des Weltraumsegmentes mit der In-Situ-Kompetenz von besonderer Bedeutung.

DNA methylation is an essential epigenetic feature for the regulation and maintenance of heterochromatin. Satellite DNA is a repetitive sequence component that often occurs in large arrays in heterochromatin of subtelomeric, intercalary and centromeric regions. Knowledge about the methylation status of satellite DNA is important for understanding the role of repetitive DNA in heterochromatization. In this study, we investigated the cytosine methylation of the ancient satellite family pEV in the wild beet Beta procumbens. The pEV satellite is widespread in species-specific pEV subfamilies in the genus Beta and most likely originated before the radiation of the Betoideae and Chenopodioideae. In B. procumbens , the pEV subfamily occurs abundantly and spans intercalary and centromeric regions. To uncover its cytosine methylation, we performed chromosome-wide immunostaining and bisulfite sequencing of pEV satellite repeats. We found that CG and CHG sites are highly methylated while CHH sites show only low levels of methylation. As a consequence of the low frequency of CG and CHG sites and the preferential occurrence of most cytosines in the CHH motif in pEV monomers, this satellite family displays only low levels of total cytosine methylation.

Der Cr2O3 ist einer der wichtigsten Katalysatoren im Chlor/Fluor (Cl/F) Austauschreaktionen für die Produktion von chlorofluorocarbon (CFC) Alternativen. Es wird als ein ausgezeichneter heterogener Katalysator für Fluorierung Reaktionen gegründet. Die Dismutierung von CCl2F2 wurde verwendet, um die Wirkung von Halogenierung von Chrom(III) Oxyd auf Cl/F-Austauschreaktionen zu untersuchen und um den Unterschied zwischen den inaktiven und aktiven Katalysatoren herauszufinden. Die heterogenen Reaktionen wurden in einem tubular-flow Ni Reaktor und auch unter simulierten Reaktionsbedingungen in einem Reaktor durchgeführt, wo nach der Reaktion die Photoelektronspektroskopie (XPS) und die Auger-Elektronspektroskopie (XAES) Analysen konnte direkt ohne Luftkontakt, unter so genannt "in - situ" Bedingungen gefolgt werden. Es wurde gezeigt, dass die Probleme der Behandlung von Cr (III) 2p Photoelektronenspektren so gelöst werden können, dass ihnen relevante Daten für die chemische Charakterisierung von Oberflächen entnommen werden können. Hochaufgelöste Photoelektronspektroskopie von Cr2O3 Pulverproben zeigte deutlich die Existenz von spektralen Strukturen, die mit Multiplet-Aufspaltungen im jeweiligen Cr 2p Spektrum verbunden sind. Das Spektrum kann durch eine Peakfit-Analyse vertieft interpretiert werden in dem die Anfangswerte für die Peakparameter der Multiplet-Strukturen den jeweiligen Cr L2,3 XANES Spektren entnommen werden. Vom theoretischen Gesichtspunkt sollte dasselbe Verfahren auch eine Analyse der Cr 2p Photoelektronenspektren von alpha-CrF3, CrCl3 und anderen Chrom (III) Verbindungen ermöglichen. Die Unterschiede, die im Experiment für die Cr2O3, alpha-CrF3 und CrCl Photoelektronenspektren beobachtet werden, deuten auf die Tatsache, dass, obwohl in all diesen Fällen dieselben Multiplet-Aufspaltungen für Cr3+ erwartet werden, individuelle Einflüsse der Symmetrie und Ligandenfelder die Endgestalt des jeweiligen Cr 2p Photoelektronenspektrums definieren. Eine Analyse von Cr 3s Spektren kann zusätzlich wertvolle Finger-print Informationen zu chemischen Zuständen von Chrom in Cr (III) Verbindungen erbringen. Sowohl ex-situ als auch ´´in-situ´´ ESCA zeigen, dass sobald CCl2F2 zu Cr2O3 an 390 °C geführt wird, Fluorierung sowie Chlorierung an der Katalysator-Oberfläche findet statt. Wenn die XPS Oberflächenzusammensetzung etwa 4 Atom - % Fluorierung und 6 Atom - %-Chlorierung erreicht, wird die maximale katalytische Aktivität erhalten. Die längeren Reaktionszeiten ändern bedeutsam die erhaltene Oberflächenzusammensetzung von aktiviertem Chrom(III) Oxyd nicht. Der Fluorierung und Chlorierung von Chrom(III) Oxyd wurden weiter durch verschiedenen HF und HCl Behandlungen ebenso untersucht. Die aktivierten Chrom(III) Oxyd Proben und Referenzproben mit der weithin bekannten chemischen Struktur wurden auch durch Kantennahe Röntegenabsorptionsuntersuchungen (XANES), Flugzeit-statischesekundärionenmassenspektroskopie (TOF-SSIMS), Rasterelektronenmikroskopie (SEM), Fluor-Festkörper-NMR, Pyridin-FTIR, Nasschemie (F und Cl) Analyse, Pulver Röntgensbeugung (XRD) und Oberflächen (BET) Analyse untersucht. Die Ergebnisse der Referenzproben Cr2O3, Cr (OH) 3, CrF2 (OH), CrF3.3H2O, Alpha-CrF3, Beta-CrF3 und CrCl3 und aktivierte Cr2O3 Proben wurden verglichen. Die angewandten Charakterisierungsmethoden schlagen vor, dass die Bildung der Chrom-Oxydchlorid-Fluorid-Arten, bzw. Chrom-Oxyd Halogenide, an der Oberfläche ist genügend die katalytische Aktivität zu versorgen. Die Anwesenheit jedes CrF3 und/oder CrCl3 Phasen auf den aktivierten Chrom(III) Oxyd Proben wurde nicht entdeckt. / The Cr2O3 is one of the most important catalysts in the chlorine/fluorine (Cl/F) exchange reactions for the production of chlorofluorocarbon (CFC) alternatives. It is established as an excellent heterogeneous catalyst for fluorination reactions. The dismutation of CCl2F2 was used to probe the effect of halogenation of chromia on Cl/F exchange reactions in order to find out the difference between the inactive and active catalysts. The heterogeneous reactions were performed in a continuous flow Ni reactor and also under simulated reaction conditions in a reactor where after the reaction the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and the X-ray excited Auger electron spectroscopy (XAES) analyses could be followed directly without air contact, under so called ´´in-situ´´ conditions. In order to be able to apply the Cr(III) 2p XPS analysis in the proper manner the spectroscopic features of the chromium(III) compounds of O, F and Cl were re-investigated. Latest generation of XPS spectrometers, which are able to analyze non-conductive powders with ultimate energy resolution, were used to reveal multiplet splitting features and satellite emission in the Cr 2p spectra. The energy positions of the multiplets were determined by total electron yield (TEY)- X-ray absorption near edge structure (XANES) spectroscopy. Using both high resolution XPS and XANES spectra a peak-fit analysis, which is also applicable for normally resolved Cr 2p XPS spectrum, was proposed. In order to overcome the known background problem by drawing the background in the broad Cr 2p window including the high binding energy satellite, a modified Shirley background, which is a combination of a linear and Shirley function, was used. Moreover, the spectroscopic features of the Cr(III) 3s XPS spectrum, which is relatively simpler than the Cr 2p one, were also surveyed. An alternative chemical analysis was proposed by using chemical state plots for Cr 3s. Both ex- and in-situ ESCA show that as soon as Cr2O3 is conducted to CCl2F2 at 390 °C fluorination as well as chlorination takes place at the catalyst surface. When the XPS surface composition reaches approximately 4 atom-% fluorination and 6 atom-% chlorination, maximum catalytic activity is obtained. Applying longer reaction times do not change significantly the obtained surface composition of the activated chromia. The fluorination and chlorination of chromia was further investigated by various HF and HCl treatments as well. The activated chromia samples and reference samples with well known chemical structure were also characterized by XANES, time of flight - static secondary ion mass spectroscopy (TOF-SSIMS), scanning electron microscopy (SEM), fluorine solid state NMR, pyridine-FTIR, wet chemical (F and Cl) analysis, X-ray powder diffraction (XRD) and surface area (BET) analysis. The results for the references Cr2O3, Cr(OH)3, CrF2(OH), CrF3.3H2O, alpha-CrF3, beta-CrF3 and CrCl3 and activated Cr2O3 samples were compared. The applied characterization methods suggest that the formation of chromium oxide chloride fluoride species, e.g. chromium oxide halides, at the surface is sufficient to provide catalytic activity. The presence of any CrF3 and/or CrCl3 phases on the activated chromia samples was not detected.