In der vorliegenden Arbeit wurde die Transkription mitochondrialer Gene durch die kernkodierten Phagentyp-RNA-Polymerasen RpoTm und RpoTmp der Pflanze Arabidopsis untersucht. Im Mitochondriengenom von Arabidopsis wurden f r 12 Gene Promotoren bestimmt. Diese zeigten verschiedene Sequenzelemente und wichen meist von der f r Dikotyle publizierten Konsensussequenz ab. F r die Mehrheit der Gene wurden multiple Promotoren identifiziert. Es wurden weiterhin Promotoren nachgewiesen, welche die Transkription vermutlich nicht funktioneller Sequenzen aktivieren. Architektur, Lokalisation und Nutzung mitochondrialer Promotoren implizieren eine wenig stringente Kontrolle der Transkriptionsinitiation in Arabidopsis-Mitochondrien. Zur Analyse der Funktionen von RpoTm und RpoTmp wurde ein in vitro-Transkriptionssystem entwickelt. Da RpoT-Enzyme m”glicherweise Kofaktoren ben”tigen, wurde in Arabidopsis nach Genen potentieller mitochondrialer Transkriptionsfaktoren gesucht. Als mitochondriales Protein mit Žhnlichkeit zu mtTFB, einem essentiellen Transkriptionsfaktor in Hefemitochondrien, wurde MetA identifiziert. In in vitro-Assays initiierte RpoTm an verschiedenen Promotoren die Transkription, w„hrend RpoTmp keine signifikante Promotorspezifit„t zeigte. Die spezifische Promotornutzung durch RpoTm erforderte superhelikale DNA. Weder RpoTm noch RpoTmp wurde durch MetA stimuliert. Eine mtTFB-„hnliche Funktion von MetA ist daher unwahrscheinlich. F r MetA wurde ausserdem eine engere phylogenetische Beziehung zu nukle„ren rRNA-Dimethylasen als zu mtTFB ermittelt. Die hier vorgestellten Studien belegen die Transkription mitochondrialer Gene in Arabidopsis durch RpoTm; f r RpoTmp ist eine nicht-redundante Transkriptionsfunktion denkbar. Die Kofaktor-unabh„ngige Spezifit„t von RpoTm f r verschiedene Promotoren und die wenig stringente Initiationskontrolle in vivo legen nahe, dass eine individuelle Regulation mitochondrialer Gene in Arabidopsis auf Transkriptionsebene nicht erfolgt. / Mitochondria depend on a nucleus-encoded transcription machinery to express their genome. The present study examined the transcription of mitochondrial genes by two nucleus-encoded phage-type RNA polymerases, RpoTm and RpoTmp, in the plant Arabidopsis. For selected mitochondrial genes in Arabidopsis, transcription initiation sites were determined. Most genes were found to possess multiple promoters. The identified promoters displayed diverse sequence elements and mostly deviated from a nonanucleotide consensus derived previously for dicot mitochondrial promoters. Several promoters were detected that activate transcription of presumably non-functional sequences. Promoter architecture, distribution and utilization suggest a non-stringent control of transcription initiation in Arabidopsis mitochondria. An in vitro transcription system was set up to elucidate the roles of RpoTm and RpoTmp. Since RpoT enzymes possibly require auxiliary factors, the Arabidopsis genome was screened for potential cofactors of phage-type RNA polymerases. A mitochondrial protein (MetA) with similarity to mtTFB, an essential transcription factor in yeast mitochondria, was identified. In in vitro transcription studies, RpoTm recognized various promoters whereas RpoTmp displayed no significant promoter specificity. Promoter recognition by RpoTm depended on supercoiled DNA templates. Transcription initiation by RpoTm or RpoTmp was not affected by MetA, indicating that MetA is not functionally equivalent to mtTFB. Besides, MetA was found to be more closely related to non-mitochondrial rRNA dimethylases than to mtTFB. The present study establishes RpoTm to transcribe mitochondrial genes; RpoTmp may have a non-overlapping transcriptional role in mitochondria. The cofactor-independent promoter specificity of RpoTm and the apparently non-stringent control of transcription initiation in vivo imply that mitochondrial genes in Arabidopsis may not be regulated individually at the transcriptional level.

Während der Evolution entwickelten sich Promotorelemente von Prokaryonten, Eukaryonten und Plastiden in Sequenz und Struktur unterschiedlich. Ein Transfer von Promotorsequenzen zwischen Prokaryonten, Eukaryonten und Plastiden sollte daher zu keiner effizienten Genexpression führen. Mit dieser Arbeit sollte die Spezifität von Promotoren analysiert und ihre Funktionalität über `kingdom´-Grenzen hinaus untersucht werden. Hierfür wurden zwölf pflanzenspezifische Promotoren, welche in der Gentechnik zur Herstellung von transgenen Pflanzen eingesetzt werden, auf Genexpression in fünf Bakterienarten untersucht. Weiterhin wurden drei bakterielle und sechs Plastiden Promotoren auf Genexpression in Nicotiana tabacum untersucht. Die Frequenz, mit der die pflanzenspezifischen Promotoren (P) in den untersuchten Bakterienarten zu einer Expression führten, lag bei 50 % der getesteten Kombinationen. Für den P ST-LS1 aus Solanum tuberosum wurde eine Expression in den fünf untersuchten Bakterienarten nachgewiesen. Zwei der getesteten pflanzenspezifischen Promotoren, P RolC aus Agrobacterium rhizogenes und P 247 aus N. tabacum zeigten keine Expression in den untersuchten Bakterienarten. Die Charakterisierung der mRNA-Transkripte ausgewählter Fusionen der pflanzenspezifischen Promotoren mit den Reportergenen zeigten eindeutig, dass für die Transkriptionsinitiation durch die bakterielle RNA-Polymerase Sequenzelemente der pflanzenspezifischen Promotoren genutzt wurden. Mit einer ortsspezifischen Mutagenese des P ST-LS1 konnte die von der bakteriellen RNA-Polymerase genutzte -10-Region in Escherichia coli und Acinetobacter sp. ermittelt werden. Die `down-Mutanten´ führten in E. coli und Acinetobacter sp. zu einer Reduktion der Expression, wohingegen sie nach stabiler Integration in das Pflanzengenom von N. tabacum eine unverminderte Expression in bezug auf den Wildtyp-Promotor zeigten. Die Untersuchung der bakteriellen und Plastiden Promotoren ergab nur in einem einzigen Fall von neun getesteten Promotoren eine sehr geringe transiente Expression. / During evolution the promoter elements from prokaryotes, eukaryotes and plastids have developed differently with regard to their sequence and structure, implying that in general a transfer of promoter sequences between prokaryotes, eukaryotes and plastids will not cause an efficient gene expression. The aim of this study was to investigate the specificity of promoter sequences and their functionality in different kingdoms. Therefore 12 different plant-specific promoters, all used for the construction of genetically modified plants, were tested for their capability to direct a gene expression in various bacteria. Furthermore three bacterial and six plastid promoters were tested with respect to their ability to direct a gene expression in Nicotiana tabacum. The frequency of plant-specific promoters (P) directing gene expression in bacteria was 50 % of the combinations analysed. The promoter P ST-LS1 of Solanum tuberosum was functional in all bacteria tested. Two of the plant-specific promoters, P RolC of Agrobacterium rhizogenes and P 247 of N. tabacum, caused no gene expression in the bacteria tested. The characterisation of mRNA-transcripts of fusions between the plant-specific promoter sequences and the reporter genes proved that sequence elements of the plant-specific promoters themselves were used for transcription initiation by the bacterial RNA polymerase. By site-directed mutagenesis of the P ST-LS1 the -10 region used by the bacterial RNA polymerase of E. coli and Acinetobacter sp. was identified. The generated `down-mutants´ of the P ST-LS1 promoter showed a reduction of expression in E. coli and Acinetobacter sp. while these mutants were still fully active after stable integration in the genome of N. tabacum compared to the wildtype promoter. The investigation of the bacterial and the plastid promoters showed a very low transient expression of one out of nine promoters tested.

Bei konventionellen Mikroarray-Experimenten zur Genexpressionsanalyse wird fluoreszenz- oder radioaktiv-markierte cDNA oder RNA mit immobilisierten Proben hybridisiert. Für ein gut detektierbares und auswertbares Ergebnis werden jedoch pro Array mindestens 15 - 20 &#181;g Hybridisierungstarget benötigt. Dazu müssen entweder 15 - 20 &#181;g RNA direkt durch Reverse Transkription in markierte cDNA umgeschrieben werden oder bei Vorhandensein von weniger Startmaterial die RNA amplifiziert werden (Standard- Affymetrix-Protokolle, Klur et al. 2004). Oft sind damit zeit- und kostenintensive Probenpräparationen verbunden und das Ergebnis ist nicht immer reproduzierbar. Obwohl es inzwischen einige Protokolle gibt, die dieses Problem zu lösen versuchen (Zhang et al. 2001, Iscove et al. 2002, McClintick et al. 2003, Stirewalt et al. 2004), eine optimale, leicht handbare und reproduzierbare Methode gibt es weiterhin nicht, weshalb in dieser Arbeit ein weiterer Lösungsansatz gesucht wurde.<br> In der vorgestellten Arbeit werden zwei einfache Methoden beschrieben, mit denen Gene aus geringen RNA-Mengen nachgewiesen werden können: erstens die On Chip- RT-PCR mit cDNA als Matrize und zweitens diese Methode als One-Step-Reaktion mit RNA als Matrize.<br><br> Beide Methoden beruhen auf dem Prinzip der PCR an immobilisierten Primern auf einer Chipoberfläche. Diese Möglichkeit der exponentiellen Amplifikation ist reproduzierbar und sensitiv.<br><br> In Experimenten zur Etablierung des On-Chip-PCR-Systems wurden für die Immobilisierung der Primer verschiedene Kopplungsmethoden verwendet. Die affine Kopplung über Biotin- Streptavidin erwies sich als geeignet. Die On-Chip-Reaktion an kovalent gebundenen Primern wurde für amino-modifizierte Primer auf Epoxy-Oberflächen sowie für EDC-Kopplung auf silanisierten Oberflächen gezeigt. Für die letztgenannte Methode wurde die On-Chip-PCR optimiert, dass Spottingkonzentrationen der Primer von 5 - 10&#181;M schon ausreichend sind. Der Einsatz von fluoreszenz-markierten Primern während der PCR ermöglicht eine unmittelbare Auswertung nach der Synthese ohne zusätzliche Detektionsschritte. In dieser Arbeit konnte außerdem mit der vorgestellten Methode der simultane Nachweis zweier Gene gezeigt werden. Die Methode kann noch als Multiplex-Analyse ausgebaut werden, um so mehrere Gene in gleichzeitig einem Ansatz nachweisen zu können.<br><br> Die Ergebnisse der Versuche mit Matrizen aus unterschiedlichen Zelltypen deuten darauf hin, dass die On-Chip-RT-PCR eine weitere optimale Methode für den Nachweis von gering exprimierten Genen bietet. / The detection of low quantities of mRNA is often difficult and methods like microarray analysis require large amount of starting material or have to be amplified before application. The reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) is often the chosen method to detect specific RNA sequences on account of its high sensitivity. The solid phase amplification technology by On-Chip-PCR provides a combination of amplification of rare target material and its on chip detection in one step.<br><br> In this report a novel application for the On-Chip-PCR technology is described. It was suitable to identify mRNA sequences and genes, respectively. For this approach we amplified cDNA sequences using immobilized specific primers and fluorescent labeled primers. They were used for genes coding subunits of the mouse muscle acetylcholine receptor (Chrna1, Chrnb1, Chrnd) and the genes coding for myogenin (Myog), muscle creatine kinase (Ckmm) and Atpase (Atp2a2). The cDNA templates were synthesized before the On-Chip application by Reverse Transcription from mRNA. For this application only at most 500 pg of total-RNA preparation was sufficient for detectable results and no pre-amplification steps were needed.<br><br> Furthermore the handling of RT-PCR could be minimized by using a One-step- RT-PCR protocol. This method used immobilized primers on glassy supports detecting specific mRNA sequences from 5 pg or less of total RNA preparations.<br> Moreover to the detection of low quantities of RNA preparation, low abundant genes could be detected by this method.

Die Etablierung der Transkription von kompletten Genen auf planaren Oberflächen soll eine Verbindung zwischen der Mikroarraytechnologie und der Transkriptomforschung herstellen. Darüber hinaus kann mit diesem Verfahren ein Brückenschlag zwischen der Synthese der Gene und ihrer kodierenden Proteine auf einer Oberfläche erfolgen. Alle transkribierten RNAs wurden mittels RT-PCR in cDNA umgeschrieben und in einer genspezifischen PCR amplifiziert. Die PCR-Produkte wurden hierfür entweder per Hand oder maschinell auf die Oberfläche transferiert. Über eine Oberflächen-PCR war es möglich, die Gensequenz des Reportergens EGFP direkt auf der Oberfläche zu synthetisieren und anschließend zu transkribieren. Somit war eine Transkription mit weniger als 1 ng an Matrize möglich. Der Vorteil einer Oberflächen-Transkription gegenüber der in Lösung liegt in der mehrfachen Verwendung der immobilisierten Matrize, wie sie in dieser Arbeit dreimal erfolgreich absolviert wurde. Die Oberflächen-Translation des EGFP-Gens konnte ebenfalls zweimal an einer immobilisierten Matrize gezeigt werden, wobei Zweifel über eine echte Festphasen-Translation nicht ausgeräumt werden konnten. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Transkription und Translation von immobilisierten Gensequenzen auf planaren Oberflächen möglich ist, wofür die linearen Matrizen direkt auf der Oberfläche synthetisiert werden können. / In vitro mRNA synthesis and in vitro translation are of great interest for biochemical and molecular biological basic research, and also for biotechnology and other applications. Solid phase coupled synthesis is very useful for the development of high throughput procedures to elucidate and manipulate gene products. An artificial gene was constructed combining the T7 promoter and terminator with the EGFP-gene from the plasmid pEGFP. The functionality of the construct was shown by in vitro translation. The gene-construct was immobilised on a planar glass surface. The transcription was performed on the immobilised gene and mRNA was determined by RT-PCR. These results demonstrate that the complete gene is transcribed from the covalently coupled PCR product. Thus, it is possible to transfer a standard transcription technique onto an On-chip reaction. The direct PCR amplification of transcriptionable sequences of EGFP bound on surfaces was successfully used for solid phase transcription. Successful transcriptions were also performed at least to 1 ng of used template. The RNA synthesis was also successful in the second and third reaction on the same slide as observed by signals after RT-PCR. It seems to be possible to transfer the translation of reportergenes in a solid phase coupled synthesis, too. For further integration of cellular procedures on a chip, the cell-free RNA synthesis on immobilised templates is an crucial technical hurdle to conquer. Major advantages of using immobilised templates for transcription are, low risk of contamination occuring in solution, and no necessity of further purification steps for downstream applications of the RNA product.

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<p>Betraktelser - traditionell folkmusik samt ny folkmusik skriven och arrangerad av Alvina Herbinger Rygne. </p><p>Dikter av Alvina Herbinger Rygne</p><p>Medverkande musiker:</p><p>Alvina Herbinger Rygne - fiol</p><p>Sofia Hultqvist Kott - sång, shruti box</p><p>Klara Källström - cello</p><p>Christian Mohr Levisen - vevlira, cittern</p><p>Anna Østerby - dragspel</p><p>(Ljudet startar efter tre minuter i inspelningen.)</p><p></p>

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