GO-PROMTO Illuminates Protein Membrane Topologies of Glycan Biosynthetic Enzymes in the Golgi Apparatus of Living Tissues

The Golgi apparatus is the main site of glycan biosynthesis in eukaryotes. Better understanding of the membrane topology of the proteins and enzymes involved can impart new mechanistic insights into these processes. Publically available bioinformatic tools provide highly variable predictions of membrane topologies for given proteins. Therefore we devised a non-invasive experimental method by which the membrane topologies of Golgi-resident proteins can be determined in the Golgi apparatus in living tissues. A Golgi marker was used to construct a series of reporters based on the principle of bimolecular fluorescence complementation. The reporters and proteins of interest were recombinantly fused to split halves of yellow fluorescent protein (YFP) and transiently co-expressed with the reporters in the Nicotiana benthamiana leaf tissue. Output signals were binary, showing either the presence or absence of fluorescence with signal morphologies characteristic of the Golgi apparatus and endoplasmic reticulum (ER). The method allows prompt and robust determinations of membrane topologies of Golgi-resident proteins and is termed GO-PROMTO (for GOlgi PROtein Membrane TOpology). We applied GO-PROMTO to examine the topologies of proteins involved in the biosynthesis of plant cell wall polysaccharides including xyloglucan and arabinan. The results suggest the existence of novel biosynthetic mechanisms involving transports of intermediates across Golgi membranes

A Genome Wide Association Study of arabinoxylan content in 2-row spring barley grain

In barley endosperm arabinoxylan (AX) is the second most abundant cell wall polysaccharide and in wheat it is the most abundant polysaccharide in the starchy endosperm walls of the grain. AX is one of the main contributors to grain dietary fibre content providing several health benefits including cholesterol and glucose lowering effects, and antioxidant activities. Due to its complex structural features, AX might also affect the downstream applications of barley grain in malting and brewing. Using a high pressure liquid chromatography (HPLC) method we quantified AX amounts in mature grain in 128 spring 2-row barley accessions. Amounts ranged from ~ 5.2 μg/g to ~ 9 μg/g. We used this data for a Genome Wide Association Study (GWAS) that revealed three significant quantitative trait loci (QTL) associated with grain AX levels which passed a false discovery threshold (FDR) and are located on two of the seven barley chromosomes. Regions underlying the QTLs were scanned for genes likely to be involved in AX biosynthesis or turnover, and strong candidates, including glycosyltransferases from the GT43 and GT61 families and glycoside hydrolases from the GH10 family, were identified. Phylogenetic trees of selected gene families were built based on protein translations and were used to examine the relationship of the barley candidate genes to those in other species. Our data reaffirms the roles of existing genes thought to contribute to AX content, and identifies novel QTL (and candidate genes associated with them) potentially influencing the AX content of barley grain. One potential outcome of this work is the deployment of highly associated single nucleotide polymorphisms markers in breeding programs to guide the modification of AX abundance in barley grain

Charakterisierung und Ersatzmodellierung des Bruchverhaltens von Punktschweißverbindungen an ultrahochfesten Stählen für die Crashsimulation unter Berücksichtigung der Auswirkung der Verbindung auf das Bauteilverhalten

Im Automobilbau werden verstärkt höchst- und ultrahochfeste Stähle in dünnen Blechdicken aus Leichtbaugründen und zur Erhöhung der passiven Sicherheit bei gleichzeitiger Ressourcenschonung eingesetzt. Pressgehärtete Bauteile aus 22MnB5 mit Zugfestigkeiten bis 1500 Mpa sind im Automobilbau bereits etabliert, und die Stahlentwicklung geht aktuell zu noch höherfesteren Presshärtegüten. Der Stahlleichtbau hat hier noch sehr viel Entwicklungspotenzial, um die Energieeffizienz weiter zu erhöhen. Aktuell und auch zukünftig wird das etablierte und hoch automatisierbare Widerstandspunktschweißen verwendet, um Einzelbauteile aus höchstfesten Stählen zur tragenden Leichtbaustruktur zu verbinden. Durch die Wärmeeinbringung beim Schweißen treten durch Anlasseffekte Erweichungszonen um die Schweißpunkte dieser gehärteten Stähle auf. Zur Prognose des Deformationsverhaltens von Strukturen aus diesen Werkstoffen muss der Einfluss dieser Erweichungszone in den Simulationsmodellen beschreibbar sein. Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden Punktschweißverbindungen im pressgehärteten, ultrahochfesten Stahl 22MnB5 umfassend charakterisiert. Dies umfasst neben der belastungsabhängigen Tragfähigkeitsermittlung mit der LWF-KS-2-Prüftechnik auch die Charakterisierung der umgebenden Erweichungszone mit speziell konzipierten Proben, die den relevanten Eigenschaftsgradienten enthalten. Damit wurde ein Ersatzmodell für die Crashsimulation entwickelt, das sowohl die Tragfähigkeit der Verbindung als auch die Rissbildung in der umgebenden Erweichungszone nachbildet. Dieses Ersatzmodell wurde durch die Simulation eines speziell konzipierten Musterbauteilversuchs validiert, bei dem eine Überlastsituation mit Rissbildung in der Erweichungszone auftritt. Mit den Ergebnissen dieses Forschungsvorhabens werden die Einsatzmöglichkeiten und Akzeptanz von pressgehärteten Stählen deutlich erweitert, weil nun eine umfassende Berechnungsmethode für die Punktschweißverbindungen in dieser Stahlklasse der Crashsimulation zur Verfügung steht. Damit können bereits in der Konzeptionsphase punktgeschweißte pressgehärtete Stahlbauteile sicher ausgelegt werden