Ausgehend vom immer stärkeren Einsatz der computergestützten Methoden in der Vegetationskunde und der damit möglichen Gefahr einer zunehmenden "Digitalisierung der Vegetation" wird nach einem Gegengewicht gesucht, das die Pflanzengesellschaften wieder als lebende Gebilde sieht, ohne bei einem rein ...
Given that techniques of vegetation science are increasingly supported by computers with the resulting danger of increased "digitalization of vegetation", it is necessary to look for a counterbalance which considers plant communities once again as living organisms without using emotional approaches only. ...
Heat stress transcription factors (Hsfs) play essential role in heat stress response and thermotolerance by controlling the transcriptional activation of heat stress response (HSR) genes including molecular chaperones. Plant Hsf families show a striking multiplicity, with more than 20 members in the many plant species. Among Hsfs, HsfA1s act as the master regulators of heat stress (HS) response and HsfA2 becomes one of the most abundant Hsfs during HS. Using transgenic plans with suppressed expression of HsfA2 we have shown that this Hsf is involved in acquired thermotolerance of S. lycopersicum cv Moneymaker as HsfA2 is required for high expression and maintenance of increased levels of Hsps during repeated cycles of HS treatment. Interestingly, HsfA2 undergoes temperature-dependent alternative splicing (AS) which results in the generation of seven transcript variants. Three of these transcripts (HsfA2-Iα-γ), generated due to alternative splicing of a second, newly identified intron encode for the full length protein involved in acquired thermotolerance. Another 3 transcripts (HsfA2-IIIα-γ) are generated due to alternative splicing in intron 1, leading in all cases to a premature termination codon and targeting of these transcripts for degradation via the non-sense mRNA decay mechanism (NMD). Interestingly, excision of intron 2, results into the generation of a second previously unreported protein isoform, annotated as HsfA2-II. HsfA2-II shows similar transcriptional activity to the full-length protein HsfA2-I in the presence of HsfA1a but lacks the nuclear export signal (NES) required for nucleocytoplasmic shuttling which allows efficient nuclear retention and stimulation of transcription of HS-induced genes. Furthermore, stability assays showed that HsfA2-II exhibits lower protein stability compared to HsfA2-I. The presence of a second intron and the generation of a second protein isoform we identified in other Solanaceae species as well. Remarkably, we observed major differences in the splicing efficiency of HsfA2 intron 2 among different tomato species. Several wild tomato accessions exhibit higher splicing efficiency that favors the generation of HsfA2-II, while in these species the splice variant HsfA2-Iγ is absent. This natural variation in splicing efficiency specifically occurring at temperatures around 37.5oC is associated with the presence of 3 intronic polymorphisms. In the case of wild species these polymorphisms seemingly restrict the binding of RS2Z36, identified as a putative splicing silencer for HsfA2 intron 2. Tomato accessions with the polymorphic “wild” HsfA2 show enhanced thermotolerance against a direct severe heat stress incident due to the stronger increase of Hsps and other stress induced genes. Introgression of the “wild” S. pennellii HsfA2 locus into the cultivar M82, resulted in enhanced seedling thermotolerance highlighting the potential use of the polymorphic HsfA2 for breeding. We conclude that alterations in the splicing efficiency of HsfA2 have contributed to the adaption of tomato species to different environments and these differences might be directly related to natural variation in their thermotolerance....
Das klassische zentrale Dogma der Biologie beschreibt die Synthese funktionaler Proteine basierend auf den Informationen, die in der DNA kodiert sind. In einem notwendigen Zwischenschritt wird zunächst die entsprechende DNA-Sequenz in ein messenger-RNA (mRNA) Molekül abgeschrieben (transkribiert), bevor diese RNA-Sequenz durch Ribosomen in das finale Protein übersetzt (translatiert) werden kann. In Eukaryoten sind die Transkription und Translation durch eine Kompartimentierung der Zelle in den Zellkern und das Zytosol örtlich und zeitlich voneinander getrennt. Diese Trennung ermöglicht eine eingehende Qualitätskontrolle der gereiften mRNA im Zellkern, bevor diese durch einen aktiven Prozess in das Zytoplasma exportiert wird. In Eukaryoten liegen die Informationen für die Proteine fragmentiert vor. Kodierende Sequenzen (Exons) werden unterbrochen von nicht-kodierenden Abschnitten (Introns), welche zunächst beide abgeschrieben werden und die prä-mRNA bilden. Diese initiale RNA-Sequenz muss im Anschluss prozessiert werden, um die Introns zu entfernen und die Exons miteinander zu legieren (Spleißen). Die entstehende neue prä-mRNA wird sofort an ihrem 5‘-Ende methyliert, um sie vor dem Verdau durch 5’-Exonukleasen zu schützen (5‘Capping). Abschließend wird die Transkription terminiert, und um das 3‘-Ende ebenfalls vor einem möglichen Abbau zu schützen, erhalten die Transkripte einen so genannten poly(A)-Schwanz, eine Sequenz aus Adenosinen, die nicht in der DNA-Matrize vorgegeben sind (Polyadenylierung). Diese Prozesse werden durch verschiedene Multi-Protein-RNA-Komplexe im Zusammenspiel mit spezifischen RNA-bindenden Proteinen (RBPs) katalysiert. Das Spleißen wird vom Spliceosom durchgeführt, welches mittels zweier aufeinanderfolgender Umesterungen das Intron zwischen zwei Exons entfernt und die Exons miteinander ligiert. Hierbei können auch ein oder mehrere Exons übersprungen werden. Dieses alternative Spleißen (AS) ermöglicht die Expression alternativer Protein-Isoformen aus demselben Gen. Zusätzlich können durch AS aber auch alternative, toxische Exons in die reife mRNA integriert werden, welche die Stabilität des Transkripts negativ beeinflussen und somit eine Möglichkeit zur Regulation der Proteinexpression bieten. Die Assemblierung des Spliceosoms an der prä-mRNA wird durch die Präsenz von RNA-bindenden Spleiß-Aktivatoren oder -Inhibitoren beeinflusst. Eine bekannte Familie von Spleiß-Aktivatoren ist die der Serin/Arginin-reichen Proteine (SR-Proteine). Diese binden spezifische Sequenzen in Exons und fördern die Assemblierung des Spliceosoms an den jeweiligen Spleißstellen und somit die Inklusion der gebundenen Exons. Dem entgegen wirken Inhibitoren, wie die Proteine aus der hnRNP-Familie, die vorzugsweise in Introns binden. Die Transkription einer neuen prä-mRNA wird durch eine hydrolytische Spaltung in der 3‘-untranslatierten Region (UTR) beendet und das neu entstandene 3‘-Ende dieser prä-mRNA wird durch die neue Synthese eines poly(A)-Schwanzes vor der vorzeitigen Degradation geschützt. Diese zusammenhängenden Prozesse werden von vier Multi-Protein-Komplexen (CFIm, CFIIm, CPSF und CsTF) und der Poly(A)-Polymerase (PAP) katalysiert. Die Adenosin-reiche Sequenz wird durch die Bindung des Poly(A)-bindenden Proteins (PABPN1) stabilisiert wodurch die Aktivität von PAP weiter stimuliert wird. Wie Spleißen ist auch die endonukleolytische Spaltung und Polyadenylierung sequenzspezifisch und abhängig von RBPs, die diese Sequenzen erkennen. Das zentrale Erkennungsmotiv ist das Hexamer ‚AAUAAA‘ sowie bestimmte Varianten dieses Motivs. Dieses so genannte Poly(A)-Signal wird durch die spezifischen Untereinheiten WDR33 und CPSF30 des CPSF-Komplexes erkannt. Die Assemblierung der gesamten Polyadenylierungsmaschinerie wird unterstützt durch den CFIm-Komplex, der UGUA-Motive oberhalb des Poly(A)-Signals bindet sowie durch den CsTF-Komplex, der U/GU-reiche Sequenzen unterhalb des Poly(A)-Signals bindet. Analog zum Spleißen ist auch die Polyadenylierung in den meisten eukaryotischen Genen (bei humanen/murinen Zellen in bis zu 70% der Gene) an mehreren Positionen möglich (alternative Polyadenylierung, APA). Abhängig von der Position der alternativen Polyadenylierungsstellen entstehen dadurch entweder Transkripte mit alternativen terminalen Exons, falls diese Stelle in einem Intron liegt (CDS-APA), oder Transkripte mit unterschiedlich langen 3’UTRs aber identischer kodierender Sequenz, wenn die alternativen Poly(A)-Signale in der 3’UTR liegen (3’UTR-APA). In Abhängigkeit von der Entfernung zum vorherigen STOP-Codon wird die erste Polyadenylierungsstelle (PAS) als ‚proximal‘ (pPAS) und die am weitesten entfernte als ‚distal‘ (dPAS) betitelt. Die Länge der 3’UTR hat Auswirkungen auf die Stabilität, Exporteffizienz, subzelluläre Lokalisation, Translationsrate und lokale Translation der entsprechenden mRNA-Isoform. Einzelne Polyadenylierungsfaktoren wurden mit der Expression bestimmter APA-Isoformen in Verbindung gebracht. Die Reduktion von CFIm führte zur vermehrten Expression von Transkripten mit verkürzten 3‘UTRs, wohingegen verringerte Expressionen von CsTF-Komponenten und von FIP1 (Untereinheit des CPSF-Komplexes) die Expression von Transkripten mit langen 3’UTRs förderte. Bisher sind die Komponenten und Funktionen der einzelnen Polyadenylierungsfaktoren umfassend erforscht, dennoch ist die Regulation der alternativen Polyadenylierung – die Entscheidung, ob die proximale oder distale PAS benutzt wird – weniger entschlüsselt und benötigt zusätzliche Studien. ......
Background Over the past years a variety of host restriction genes have been identified in human and mammals that modulate retrovirus infectivity, replication, assembly, and/or cross-species transmission. Among these host-encoded restriction factors, the APOBEC3 (A3; apolipoprotein B mRNA-editing catalytic polypeptide 3) proteins are potent inhibitors of retroviruses and retrotransposons. While primates encode seven of these genes (A3A to A3H), rodents carry only a single A3 gene. Results Here we identified and characterized several A3 genes in the genome of domestic cat (Felis catus) by analyzing the genomic A3 locus. The cat genome presents one A3H gene and three very similar A3C genes (a-c), probably generated after two consecutive gene duplications. In addition to these four one-domain A3 proteins, a fifth A3, designated A3CH, is expressed by read-through alternative splicing. Specific feline A3 proteins selectively inactivated only defined genera of feline retroviruses: Bet-deficient feline foamy virus was mainly inactivated by feA3Ca, feA3Cb, and feA3Cc, while feA3H and feA3CH were only weakly active. The infectivity of Vif-deficient feline immunodeficiency virus and feline leukemia virus was reduced only by feA3H and feA3CH, but not by any of the feA3Cs. Within Felidae, A3C sequences show significant adaptive selection, but unexpectedly, the A3H sequences present more sites that are under purifying selection. Conclusion Our data support a complex evolutionary history of expansion, divergence, selection and individual extinction of antiviral A3 genes that parallels the early evolution of Placentalia, becoming more intricate in taxa in which the arms race between host and retroviruses is harsher....
The retrograde response constitutes an important signalling pathway from mitochondria to the nucleus which induces several genes to allow compensation of mitochondrial impairments. In the filamentous ascomycete Podospora anserina, an example for such a response is the induction of a nuclear-encoded and iron-dependent alternative oxidase (AOX) occurring when cytochrome-c oxidase (COX) dependent respiration is affected. Several long-lived mutants are known which predominantly or exclusively respire via AOX. Here we show that two AOX-utilising mutants, grisea and PaCox17::ble, are able to compensate partially for lowered OXPHOS efficiency resulting from AOX-dependent respiration by increasing mitochondrial content. At the physiological level this is demonstrated by an elevated oxygen consumption and increased heat production. However, in the two mutants, ATP levels do not reach WT levels. Interestingly, mutant PaCox17::ble is characterized by a highly increased release of the reactive oxygen species (ROS) hydrogen peroxide. Both grisea and PaCox17::ble contain elevated levels of mitochondrial proteins involved in quality control, i. e. LON protease and the molecular chaperone HSP60. Taken together, our work demonstrates that AOX-dependent respiration in two mutants of the ageing model P. anserina is linked to a novel mechanism involved in the retrograde response pathway, mitochondrial biogenesis, which might also play an important role for cellular maintenance in other organisms....
5-Lipoxygenase (5-LO) catalyzes the two initial steps in the biosynthesis of leukotrienes (LT), a group of inflammatory lipid mediators derived from arachidonic acid. Here, we investigated the regulation of 5-LO mRNA expression by alternative splicing and nonsense-mediated mRNA decay (NMD). In the present study, we report the identification of 2 truncated transcripts and 4 novel 5-LO splice variants containing premature termination codons (PTC). The characterization of one of the splice variants, 5-LOΔ3, revealed that it is a target for NMD since knockdown of the NMD factors UPF1, UPF2 and UPF3b in the human monocytic cell line Mono Mac 6 (MM6) altered the expression of 5-LOΔ3 mRNA up to 2-fold in a cell differentiation-dependent manner suggesting that cell differentiation alters the composition or function of the NMD complex. In contrast, the mature 5-LO mRNA transcript was not affected by UPF knockdown. Thus, the data suggest that the coupling of alternative splicing and NMD is involved in the regulation of 5-LO gene expression....
Alternative polyadenylation (APA) is a widespread mechanism that contributes to the sophisticated dynamics of gene regulation. Approximately 50% of all protein-coding human genes harbor multiple polyadenylation (PA) sites; their selective and combinatorial use gives rise to transcript variants with differing length of their 3' untranslated region (3'UTR). Shortened variants escape UTR-mediated regulation by microRNAs (miRNAs), especially in cancer, where global 3'UTR shortening accelerates disease progression, dedifferentiation and proliferation. Here we present APADB, a database of vertebrate PA sites determined by 3' end sequencing, using massive analysis of complementary DNA ends. APADB provides (A)PA sites for coding and non-coding transcripts of human, mouse and chicken genes. For human and mouse, several tissue types, including different cancer specimens, are available. APADB records the loss of predicted miRNA binding sites and visualizes next-generation sequencing reads that support each PA site in a genome browser. The database tables can either be browsed according to organism and tissue or alternatively searched for a gene of interest. APADB is the largest database of APA in human, chicken and mouse. The stored information provides experimental evidence for thousands of PA sites and APA events. APADB combines 3' end sequencing data with prediction algorithms of miRNA binding sites, allowing to further improve prediction algorithms. Current databases lack correct information about 3'UTR lengths, especially for chicken, and APADB provides necessary information to close this gap. Database URL: http://tools.genxpro.net/apadb/...
Haloferax volcanii uses extracellular DNA as a source for carbon, nitrogen, and phosphorous. However, it can also grow to a limited extend in the absence of added phosphorous, indicating that it contains an intracellular phosphate storage molecule. As Hfx. volcanii is polyploid, it was investigated whether DNA might be used as storage polymer, in addition to its role as genetic material. It could be verified that during phosphate starvation cells multiply by distributing as well as by degrading their chromosomes. In contrast, the number of ribosomes stayed constant, revealing that ribosomes are distributed to descendant cells, but not degraded. These results suggest that the phosphate of phosphate-containing biomolecules (other than DNA and RNA) originates from that stored in DNA, not in rRNA. Adding phosphate to chromosome depleted cells rapidly restores polyploidy. Quantification of desiccation survival of cells with different ploidy levels showed that under phosphate starvation Hfx. volcanii diminishes genetic advantages of polyploidy in favor of cell multiplication. The consequences of the usage of genomic DNA as phosphate storage polymer are discussed as well as the hypothesis that DNA might have initially evolved in evolution as a storage polymer, and the various genetic benefits evolved later....
Das Vorkommen von Kalk-Halbtrockenrasen oder Kalkmagerrasen ist im Wesentlichen auf diejenigen Regionen beschränkt, die basenreiche Ausgangsgesteine aufweisen. Es handelt sich hierbei vorrangig um die aus Sedimentgesteinen des Muschelkalks bzw. des Juras und der Kreide aufgebauten Kalkgebirge, die sich in Mitteleuropa v. a. in der Frankenalb, der Schwäbischen Alb, an den Muschelkalkhängen von Kocher, Jagst, Tauber und Main mit Nebenflüssen, in der thüringischen und bayerischen Rhön, an den Hängen des Mittleren Saaletales in Thüringen und im Dreiländereck Ostwestfalen, Südniedersachsen und Nordhessen finden. In Nordrhein-Westfalen befinden sich die größten Vorkommen der Kalkmagerrasen in den Kreisen Euskirchen (Eifel) und Höxter sowie im Raum Marsberg (Hochsauerlandkreis)....
Schon Ende der 60er Jahre fanden in den USA Untersuchungen zum Wirtsspektrum der Larven des Westlichen Maiswurzelbohrers (Diabrotica virgifera virgifera LECONTE (Coleoptera, Chrysomelidae)) statt (BRANSON & ORTMAN 1967 & 1970). Dort wurden annähernd zwanzig ausschließlich monocotyledone Wirtspflanzen für Larven des Maiswurzelbohrers festgestellt. Dicotyledone Pflanzen scheinen als Wirtspflanzen dagegen nicht geeignet zu sein. Trotz der Bedeutung des Themas besonders im Hinblick auf die Fruchtfolge als IPM-Maßnahme fand dies bisher nur wenig Beachtung. Allerdings gewinnt dieses Thema im Zusammenhang mit der EU-Entscheidung zur Eradikation und Eindämmung des Käfers zusätzliches Interesse....
Unser Ziel muß es in den kommenden Jahren sein, die Voraussetzungen für eine geeignete Pflege und Entwicklung der Lebensraumstrukturen der Schmetterlingsgemeinschaften der über Nordrhein-Westfalen hinaus bedeutenden ostwestfälischen Kalkmagerrasen zu sorgen. Lebensraumschutz ist die hauptsächliche, tragfähige Grundlage des Artenschutzes. Es muß vermieden werden, daß die Kalkmagerrasen zu Zoos werden, in denen bestimmte, aus welchen Gründen auch immer als 'schön' oder 'selten' bezeichnete Arten erhalten werden. Geeignet sind vielmehr allein jene Formen der Pflege und Entwicklung, die der langfristigen Sicherung der für unsere Landschaft typischen Magerrasen-Lebensgemeinschaften dienen. Die enge Zusammenarbeit mit der Land- und Forstwirtschaft und die stete Verknüpfung mit faunistischökologischer Zustandsdokumentation ist hierzu die entscheidende Voraussetzung ....
