Zell- und Molekularbiologie der Pflanze at Universität Göttingen

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Unterschiede Zwischen Pflanzen und Tieren

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Warum sind Pflanzen für Menschen von Bedeutung?

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Warum stellen bestimmte pflanzliche Pathogene eine globale Bedrohung dar?

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Warum ist Arabidopsis thaliana ein ideales Modellsystem?

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weitere Werkzeuge für zellbiologische und molekulare Analyse von Arabidopsis

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Wozu lassen sich Arabidopsis-Ökotypen nutzen?

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woraus besteht ein Ti-Plasmid

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Wozu dient ein binärer Vektor?

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Wozu werden Reportergen-Assays benutzt? Welche gibt es?

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Wie lässt sich Gewebe optisch sektionieren?

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Was sind Lipid rafts und wie funktionieren sie?

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Unterschiedliche Typen von integralen Membranproteinen

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Zell- und Molekularbiologie der Pflanze

Unterschiede Zwischen Pflanzen und Tieren

  • Pflanzen sind autotrophe und sessile Organismen, sie sind phototroph, 
  • haben eine Zellwand zur Stabilität und Abwehr
  • Plastiden zur Photosynthese
  • und Vakuole für den Turgordruck, Speicherung und Entsorgung
  •  Tiere sind heterotroph

Zell- und Molekularbiologie der Pflanze

Warum sind Pflanzen für Menschen von Bedeutung?

  • Sauerstoffproduktion, Co2 Fixierung, Wasserhaushalt Regulation
  • Ernährungsquelle
  • Medikamentenquelle
  • Holz und Fasern Produktionsquelle (Rohstoff)
  • können Erdöl in vielen Produkten ersetzen
  • Quelle für Biokraftstoff (Biodiesel aus Raps, Algen, Sojabohnen)
  • Pflanzenforschung als Informationsquelle für unsere Welt (gene silencing zuerst in Pflanzen entdeckt, Viren wurden zuerst aus Pflanzen isoliert)
  • Nahrungsquelle

Zell- und Molekularbiologie der Pflanze

Warum stellen bestimmte pflanzliche Pathogene eine globale Bedrohung dar?

Phytphthora infestans (Erreger der Kartoffelsäure) und Puccinia graminis tritici (Weizenrost) sorgen für Hungersnöte

Zell- und Molekularbiologie der Pflanze

Warum ist Arabidopsis thaliana ein ideales Modellsystem?

  • kurzer Lebenszyklus ( 8 wochen)
  •  ermöglicht schnelle genetische Analyse
  • geringe Platzansprüche
  • produziert viel Saatgut
  • kleines Genom (28500 Gene, Genomgröße (bp) = 135*10^6) wegen geringem Anteil repetitiver DNA (60% er nuklearen DNA hat Protein-codierende Funktion)
  • das ist von enormer Bedeutung für die Identifizierung und funktionale Charakterisierung von interessanten Gen(produkten) z.B bei: Mutagene, map-based clining etc
  • Vielzahl von Mutanten(Asphalt, wiesen, Feldbegrenzungen

Zell- und Molekularbiologie der Pflanze

weitere Werkzeuge für zellbiologische und molekulare Analyse von Arabidopsis

  • Gesamtorganismus: genomics
  • Protoplasten: proteomics
  • Zellkulturen: metabolomics
  • Zellbiologie

Zell- und Molekularbiologie der Pflanze

Wozu lassen sich Arabidopsis-Ökotypen nutzen?

Ökotypen: Populationsteil, der durch Selektion unter bestimmten ökologischen Bedingungen eine genetische und physiologische Sonderstellung erreicht hat

  • Arabidopsis-Ökotypen erlauben Analyse natürlicher Variation, Umweltadaption und Populationsgenetik unter dem zugrunde liegendem evolutionären Mechanismus

Zell- und Molekularbiologie der Pflanze

woraus besteht ein Ti-Plasmid

  • beherbergt Transfer-DNA Sequenzen und Transfermaschinerie

T-DNA Region

  • Ti=Tumor inducing plasmid
  •  border sequenzen: left und right border
  • Gene für Opin (Octopin/Nopalin)-Synthese -> C- und N- und Energiequelle der Agrobakterien, können von Pflanzen nicht verwertet werden
  • Gene für Auxin und Cytokinin Synthese (Oncogene)


  • Virulenz Region (Gene, die für den DNA-Transfer verantwortlich sind
  •  Replikationsursprung
  • Gene für Opinkatabolismus 

ca. 200kb Gesamtgröße (T-DNA ca 24 kb)

Zell- und Molekularbiologie der Pflanze

Wozu dient ein binärer Vektor?

Zur einfachen Klonierung werden T-DNA und vir-Gene auf unterschiedlichen Plasmide kodiert

  • Weil das Ti-Plasmid zu groß ist wird ein binär System entwickelt, um die Klonierung in ein kleineres Plasmid zu ermöglichen.
  • Das kleinere Plasmid wird in Agrobacterium transformiert, welches ein Helfer-Plasmid mit dem vir-Genen trägt.
  • binäre Vektoren trennen T-DNA und vir Gene voneinander
  • Die T-DNA auf dem binären Vektor wird in manipuliertem E.coli erzeug

Zell- und Molekularbiologie der Pflanze

Wozu werden Reportergen-Assays benutzt? Welche gibt es?

Um die in planta-Genexpression zu visualisieren

  • GUS (procambium marker)
  • LUC (Gibberellin biosynthese marker)
  • GFP (pollen Entwicklung marker)

Zell- und Molekularbiologie der Pflanze

Wie lässt sich Gewebe optisch sektionieren?

Durch Konfokalmikroskopie

Zell- und Molekularbiologie der Pflanze

Was sind Lipid rafts und wie funktionieren sie?

  • Sterole und (Glyco)Sphingolipide
  • flüssige Phase: Sortierung von Proteinen für die Zellmembran im Golgiapparat, Endocytose
  •  Mikrodomäne in Membranen eucharistischer Zellen
  • zeichnen sich durch spezielle Lipid- und Proteinzusammensetzung aus.
  • Lipid rafts bestehen zum großen Anteil aus Cholesterol und Sphingolipiden (Ceramid und Glykosphingolipiden)
  •  Funktion: signaling platforms (Hohe Anteil von Signaltransduktionproteinen und membranrezeptoren);
  • Interaktion mit dem cytoskelett, wodurch die morphologische Erscheinung der Zelle reguliert wird.

Zell- und Molekularbiologie der Pflanze

Unterschiedliche Typen von integralen Membranproteinen

Membranproteine aus AS mit hydrophoben Seitenketten; aliphatische Seitenketten können assoziiert sein mit hydrophoben Kopfgruppen

  • mit einfach durchspannender a-Helix-Transmembrandomäne: hydrophiles N-Ende, Rezeptorprot. in Membran
  • mit mehrfach durchspannenden a-Helix-Transmembrandomänen: kann Liganden binden, bei gleicher Anzahl C und N: außen UND innen; bei ungerader Anzahl C und N: Außen ODER Innen, transmembrandomänen Proteine in Membran.
  • mit mebrandurchspannender antiparalleler beta-barrel-Faltblattstruktur (insbes. Poren-bildende Proteine): kann geöffnet und geschlossen werden

allg.: werden im ER produziert und bei Synthese in Membran eingebaut

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