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Anbau und Ertrag (Fach) / Fragenkatalog Pflanzenernährung (Lektion)

Diese Lektion wurde von mitchlestrange erstellt.

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• 1. In welcher Form liegt Bor in der Bodenlösung vor, ist diese Form mobil oder wenig mobil? Durch welchen Mechanismus wird Bor aus dem Boden an die Wurzeloberfläche transportiert? 2. Welche klimatischen Faktoren begünstigen Bor-Mange, welche Bor-Toxizität? Bor in der Bodenlösung als Borsäure [B(OH)3] und Borat-Anion [B(OH)4-] pKs von Borsäure = 9,25 in einem Ackerboden mit pH 6-8 => somit liegt Bor vorwiegend als Borsäure vor Borate in Bodenlösung mobil:-> Bormangel bei Trockenheit in eigentlich niederschlagsreichen Gebieten-> Bortoxizität bei hohem Niederschlag/starker Beregnung in eigentlich niederschlagsarmen Gebieten Generell: Trockenheit -> Bor wenig verfügbarStarke Niederschläge -> Bor-Auswaschung Der Transport zur Wurzeloberfläche erfolgt überwiegend über den Massenfluss!
• 3. Welchen Einfluss hat der pH auf die Ladung der Borsäure? Welche Form wird idR in die Zelle transportiert, welche hinaus? - pKs ([B(OH)3]) = 9,25 → im sauren - leicht alkalischem pH liegt vorwiegend Borsäure [B(OH)3] vor - im alkalischem (pH > 9,25) liegt vorwiegend das Borat-Anion [B(OH)4-] vor - In die Wurzelzelle wird vorwiegend Borsäure (kleines ungeladenes Molekül) über Aquaporine transportiert. Aus der Wurzelzelle wird vorwiegend das Borat-Anion über Bortransporter transportiert.
• 4. Um die gerichtete Aufnahme von Bor in die Wurzel und anschließend in den Spross zu ermöglichen: In welchen Zellen der Wurzel benötigen Sie Bor-Exporter, um das Xylem z beladen? An welcher Membran (bzw. an welchem Teil der Membran) dieser Zellen müsste ein Bor-Importer und an welchem Teil dieser Membran müsste ein Bor-Exporter lokalisiert sein? Welche molekularen Spezies werden jeweils transportiert (Borsäure oder Borat)? → um einen apoplastischen Transport zu ermöglichen, müssen spätestens an der Endodermis Bor-Importer vorhanden sein. Bor-Importer im Wurzelparenchym ermöglichen zudem einen symplastischen Transport → an der dem Xylem zugewandten Membran der Endodermis müssten sich Bor-Exporter befinden um das Xylem zu beladen und an der dem Parenchym zugewandten Membran müssten sich Bor-Importer befinden → Bor-Importer transportieren Borsäure [B(OH)3], Bor-Exporter transportieren Borat [B(OH)4-]
• 5. Mit welchem molekularen Trick würden Sie die Lokalisierung von Bor-Transportern untersuchen? (Nehmen Sie an, dass es Ihnen nicht möglich ist einen für den Transporter spezifischen Antikörper zu finden) → An die genomische Sequenz des Transporters wird die codierende Sequenz eines fluoreszierenden Proteins angehängt (Bsplw. GFP oder mCherry).Dabei ist idR eine N-terminale Verknüpfung zu bevorzugen, da so die korrekte Translation nicht durch ein stopcodon unterbrochen wird. → das fluoreszierende Protein kann unter dem Lichtmikroskop nachgewiesen werden
• 6. Welche Kontrolle müssten Sie durchführen, um zu testen, ob der von ihnen angeschaute Transporter durch ihren genetischen Trick nicht seine Funktion verloren hat? 1. Test der Physiologie: Unter kontrollierten Anbaubedingungen sollte eine Pflanze, deren Genotyp durch GFP oder mCherry an einem Protein verändert wurde, einen veränderten Phänotyp im Vgl. zu einer Pflanze mit unverändertem Genotyp aufzeigen. In einem extremen Fall sollte eine solche Pflanze nicht lebensfähig sein. Jedoch bedeutet ein nicht veränderter Phänotyp nicht zwangsläufig, dass das konstrukt noch funktional ist. 2. Heterologe Rekombination in Hefen: Ein nicht funktionales Konstrukt sollte bei heterologer Expression in Hefen ebenfalls nicht funktional sein. Im Fall des Bortransporter kann dies direkt nachgewiesen werden, indem die transformierte Hefe auf einem borsäurehaltigen Medium kultiviert wird. Lediglich jene Hefen, welche den Vektor aufgenommen haben, sollten überleben, sofern der Vektor ein Insert enthält, welches für ein noch funktionales Konstrukt codiert. Das Konstrukt kann hier ebenfalls unter dem Lichtmikroskop nachgewiesen werden.
• 7. Wie verhindert die Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana), dass es bei einer plötzlich erhöhten Konzentration von Borsäure in der Bodenlösung nicht zur Bortoxizität kommt? → Bor-Importer werden in der Zelle degeneriert, sodass keine Borsäure mehr aufgenommen wird (Endozytose mit anschließendem Abbau in der Vakuole)
• 8. Polare Lokalisation von Nährstofftransportern: Was bedeutet das, wodurch wird das verursacht und bei welchen Nähstofftransportern findet man sowas? → Polare Lokalisation bdeutet, dass Proteine nicht nach Fluid-Mosaik-Modell gleichmäßig über die Membranen einer Zelle verteilt sind, sondern in bestimmten Teilen der Mambran stärker auftreten → verursacht wird diese durch phosphorelierbare Tyrosine im Protein
• 9. Heterologe Expression eines pflanzlichen Nährstofftransporters in Hefe: wie funktioniert das? → durch Reverse Transkription wird aus mRNA cDNA gewonnen (Enthält keine Introns mehr) → diese cDNA wird durch PCR vermehrt und in Hefe-Expressionsvektor kloniert → Expressionsvektor mit cDNA-Insert wird von Hefe aufgenommen ud Hefe exprimiert Gen → Kontrolle ob Hefe tatsächlich Vektor aufgenommen hat: Bei Bor-Transportern bspw. durch toxische Borsäurekonzentration im Nährmedium (Alle Hefen ohne Vektor besitzen keinen Exporter und können auf Nährmedium nicht überleben).
• 10. Kreuzungszüchtung Erzeugung neuer Diversität durch Kreuzung von Genotypen (Sexuelle Rekombination) in Kombination mit zufälliger Mutation. Mit anschließender Selektion der besten Genotypen und darauffolgender Erhaltungszüchtung. Bspl: Kreuzung der Erdbeere.
• 10. Erzeugung von Polyploiden Behanldung von Pflanzen mit Colchizin führt zu einer Veränderung der Konformation des Tubulin Heterodimers, wodurch keine Trennung der Chromosomen stattfindet und so der Chromosomensatz sich verdoppelt → Genomstabilität führt zu Verlust von Chromosomen oder Chromosomenabschnitten und erhöhter Rekombination, dadurch enstehen neuartige Proteine und Eigenschaften → Beispiel: Kartoffel
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• 10. Protoplastenfusion Fusion von zwei Protoplasten (Zellen deren Zellwände verdaut wurden). Entweder spontan oder im elektrischen Feld. → Führt zur Addition von Genomen. → Beispiel: Tomoffel oder Kombination von Resistenzgenen durch Protoplastenfusion von 2 Kartoffelgenomen
• 10. Mutatioszüchtung Erhöhung der normalen Mutationsraten in Genomen bsplw. durch EMS, Einkreuzung natürlich vorkommender Transposons oder Ionisierende Strahlung → Beispiel: Grapefruit, Johannesbeere, Weihnachtssterne
• 10. Cis- und transgene Pflanzen Gezielte Übertragung einzelner Gene (Cis → Aus gleicher Art, trans → aus fremder Art) in eine Pflanze durch Agrobakterikum Xantosomas (oder durch Goldkugelbeschuss) → Beispiel Cis-Gen: Phytophtera resistente Kartoffel, Schorf-resistenter Apfel, Feuerbrand-resistenter Apfel → Beispiel Trans-Gen: Bt-Mais, Golden-Rice etc.
• 10. Genomeditierung Erzeugung einer gezielten Mutation an einer Stelle eines Gens. Bsplw. durch Chrispr-Cas. Erkennen einer spezifischen Gensequenz durch Guide RNA, danach scheiden der Sequenz an spezifischer durch Guide RNA erkannter Stelle und Reperatur der geschnittenen Stelle → gezielte Mutation → Beispiel: Weißblättrigkeit (Xantosomas oryzae) resistente Sorten durch Entfernen der Bindestelle des Bakterienproteins aus Reisgenom oder Multiresistente Tomate durch einkreuzen von sechs ertragsbestimmenden Genen aus Kulturtomaten in multiresistenter Wildsorte
• 11. Kennen Sie Beispiele für horizontalen Gentranser? Handelt es sich hierbei immer um GMOs oder kommt sowas auch natürlich vor? Horizontaler Gentransfer kommt auh unter natürlichen Bedingungen häufig vor (Endosymbionten Hypothese, Viren, Aufnahme freier DNA durch Bakterien, Transfer zwischen Bakterien, Gentransfer durch Befall von Agrobakterien, E.coli (konjugativer Transfer von Plasmiden) etc.) Solche Organismen sind selbstverständlich keine GMOs. Einige dieser Mechanismen (Agrobacterium, E.coli) sind jedoch zur Erzeugung von GMOs nützlich.
• 12. Definition Phytohormone Niedermolekulare Signalstoffe, die in Pflanzen allgemein (sehr weit) verbreitet sind und in niedrigen Konzentrationen charakteristische physiologische Reaktionen auslösen
• 13. Worin unterscheiden sich Phytohormone von einem second messenger? PH sind Signalstoffe, welche zwar auch eine Wirkung an einem Syntheseort hervorrufen können, bei welchen jedoch ein Transport möglich ist. SM sind Signalstoffe, welche ausschließlich an ihrem Syntheseort wirken.
• 14. Nennen Sie einen Vorläuferstoff aus dem Auxin in Pflanzen gebildet werden kann und der auch sonst im pflanzlichen Stoffwechsel eine wichtige (welche?) Rolle spielt. → Tryptophan → Proteinogene AS kann zu Indol-3-Essigsäure (Auxin [IAA]) umgebaut werden → synthetische AS sind Moleküle mit ähnlicher Struktur wir IAA wichtig für proteinbiosynthese
• 15. Nennen Sie mindestens 3 wichtige Prozesse in der Pflanze, die von Auxin reguliert werden. Zellstreckung Phototrophismus und Gravitrophismus Apikaldominanz Anlage von Seitenwurzeln Steigerung der Ethylenproduktion Entwicklung von Samen und Früchten
• 16. Wie erklären Sie, dass es beim Abschneiden des Sprossmeristems zu einem vermehrten Austreiben von Seitentrieben kommt? (Was hat Auxin damit zu tun?) Auxin hat starke Bedeutung für die Apikaldominanz (Unterdrückung von Seitensprossen) Auxin wird im Apikalmeristem synthetisiert → Entfernen des Apikalmeristems bricht die Apikaldominanz
• 17. Kennen Sie eine Anwendung von Auxin (bzw. synthetischen Analoga) in der Landwirtschaftlichen Praxis? Wurzelfix → synthetisches IAA-Analoga wird bei der Stecklingsvermehrung verwendet, umd die Anlage von Seitenwurzeln zu fördern.
• 18. In welchen Konzentrationen ist Auxin wirksam? Unterscheiden Sie zwischen Wurzel und Spross Wurzel: 10-10M Spross: 10-5M
• 19. Erklären Sie das "Chemiosmotische Modell" des polaren Auxin Transports In Apoplasten liegt bei pH 5 Auxin vorwiegend als IAA (pKs(IAAH)=4,75) vor.In der Zelle liegt bei pH 7 vorwiegend die dissoziierte Form IAA- vor. Die Auxin Importer (AUX/LAX) transportieren IAAH; die Auxin Exporter (PINs) transportieren IAA-. Durch die polare Organisation der Transporter realisiert sich Spross ein basipetaler, im Wurzelzylinder ein polar akropetaler und im Wurzelparenchym ein basipetaler Transport.
• 20. Wie funktioniert der Auxinrezeptor? Nennen Sie drei wichtige Proteine, welche bei der Erkennung und beim Auslösen der Auxinantwort eine wichtige Rolle spielen. Auxin-responsive Gene haben den Transkriptionsfaktor ARF, an diesen bindet sich der AUX/IAA-Repressor. Der SCFTIRI-Komplex kann durch Auxin den AUX/IAA-Repressor ubiquitiniert binden. Dadurch wird der Repressor durch das Proteasom abgebaut und eine Translation wird durch den ARF-Transkriptionsfaktor ausgelöst. In den durch den Repressor regulierten Genen liegt auch die codierende Sequenz für den Repressor selbst, so wird die Transkription, sobald der Auxinspiegel sinkt, wieder blockiert.
• 21. Wie wirkt Fusicoccin auf die pflanzliche Zelle, aus welchem Organismus stammt es? Fusicoccin ist ein Effektor aus dem Bakterium Fusicoccum amygdali.Dieses nutzt Fusicoccin zum Eindringen in die Pflanze. Fusicoccin aktiviert H+ ATPase. dadurch kommt es zu einer Hyperpolarisation. Dies hat zum einen eine Zellstreckung aufgrund der Zellwandschwächung zur Folge, zum anderen kommt es durch die Veränderung der osmotischen Gradienten zu einem Einströmen von Wasser in die Stomata, welche dadurch geöffnet werden. Fusicoccum amygdali kann über die geöffneten Stomata in das Gewebe eindringen.
• 22. Worin besteht die Gemeinsamkeit bei der Erkennung von Auxin, aktivierter Jasmonsäure und Gibberelinen? Der grundsätzliche Wirkmechanismus ist derselbe. Ein Hormon bindet an einen Rezeptor(-komplex), dies bewirkt die Proteolyse des Repressors und aktiviert damit einen Transkriptionsfaktor.Lediglich die Rezeptor(-komplexe), Repressoren und Transkriptionsfaktoren sind unterschiedliche.

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