Empirische Bildungslandschaften: Netzwerke verstetigter Übergangsbeziehungen zwischen Grund- und weiterführenden Schulen

Während Kooperations- und Lernnetzwerke seit einiger Zeit zunehmende Bedeutung in der kommunalen Bildungspolitik haben, galt der Identifizierung empirischer Netzwerkstrukturen, die sich durch Bildungsentscheidungen auf der Nachfrageseite ergeben, bislang kaum Aufmerksamkeit. Die folgenden Analysen setzen hier an und identifizieren anhand der Übergänge von Grundschulen zu weiterführenden Schulen im Ruhrgebiet Netzwerke verstetigter Übergangsbeziehungen. Innerhalb dieser Netzwerke erscheint die gemeinsame Betrachtung der Schulen aus sozialanalytischer und bildungsplanerischer Sicht sinnvoll. Es zeigt sich eine Vielfalt von Netzwerkstrukturen, die von administrativen Grenzen relativ unabhängig sind und Ansatzpunkte für die Förderung von Schulkooperationen liefern können

Can Unlikely Neanderthal Chloride Channel CLC-2 Gene Variants Provide Insights in Modern Human Infertility?

Background/Aims: Neanderthals, although well adapted to local environments, were rapidly replaced by anatomically modern humans (AMH) for unknown reasons. Genetic information on Neanderthals is limited restricting applicability of standard population genetics. Methods: Here, we apply a novel combination of restricted genetic analyses on preselected physiological key players (ion channels), electrophysiological analyses of gene variants of unclear significance expressed in Xenopus laevis oocytes using two electrode voltage clamp and transfer of results to AMH genetics. Using genetic screening in infertile men identified a loss of CLC-2 associated with sperm deficiency. Results: Increased genetic variation caused functionally impaired Neanderthals CLC-2 channels. Conclusion: Increased genetic variation could reflect an adaptation to different local salt supplies at the cost of reduced sperm density. Interestingly and consistent with this hypothesis, lack of CLC-2 protein in a patient associates with high blood K+ concentration and azoospermia

AUX1-mediated root hair auxin influx governs SCFTIR1/AFB-type Ca2+ signaling

Auxin is a key regulator of plant growth and development, but the causal relationship between hormone transport and root responses remains unresolved. Here we describe auxin uptake, together with early steps in signaling, in Arabidopsis root hairs. Using intracellular microelectrodes we show membrane depolarization, in response to IAA in a concentration- and pH-dependent manner. This depolarization is strongly impaired in aux1 mutants, indicating that AUX1 is the major transporter for auxin uptake in root hairs. Local intracellular auxin application triggers Ca2+ signals that propagate as long-distance waves between root cells and modulate their auxin responses. AUX1-mediated IAA transport, as well as IAA- triggered calcium signals, are blocked by treatment with the SCFTIR1/AFB - inhibitor auxinole. Further, they are strongly reduced in the tir1afb2afb3 and the cngc14 mutant. Our study reveals that the AUX1 transporter, the SCFTIR1/AFB receptor and the CNGC14 Ca2+ channel, mediate fast auxin signaling in roots

Posterpräsentation der Promovierenden : Abstract-Band ; Promovierendentag 2023

Diese Sammlung enthält die Abstracts der Poster, die im Rahmen des Promovierendentages 2023 von kooperativ promovierenden Doktorandinnen und Doktoranden an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg (HAW Hamburg) präsentiert werden. Sie geben einen Einblick in spannende, durch wissenschaftliches Niveau und Praxisnähe geprägte Forschungsvorhaben.NonPeerReviewe

Molecular effects of resistance elicitors from biological origin and their potential for crop protection

Plants contain a sophisticated innate immune network to prevent pathogenic microbes from gaining access to nutrients and from colonising internal structures. The first layer of inducible response is governed by the plant following the perception of microbe- or modified plant-derived molecules. As the perception of these molecules results in a plant response that can provide efficient resistance towards non-adapted pathogens they can also be described as ‘defence elicitors’. In compatible plant/microbe interactions, adapted microorganisms have means to avoid or disable this resistance response and promote virulence. However, this requires a detailed spatial and temporal response from the invading pathogens. In agricultural practice, treating plants with isolated defence elicitors in the absence of pathogens can promote plant resistance by uncoupling defence activation from the effects of pathogen virulence determinants. The plant responses to plant, bacterial, oomycete or fungal-derived elicitors are not, in all cases, universal and need elucidating prior to the application in agriculture. This review provides an overview of currently known elicitors of biological rather than synthetic origin and places their activity into a molecular context

The transcriptional landscape of Arabidopsis thaliana pattern-triggered immunity

Plants tailor their metabolism to environmental conditions, in part through the recognition of a wide array of self and non-self molecules. In particular, the perception of microbial or plant-derived molecular patterns by cell-surface-localized pattern recognition receptors (PRRs) induces pattern-triggered immunity, which includes massive transcriptional reprogramming1. An increasing number of plant PRRs and corresponding ligands are known, but whether plants tune their immune outputs to patterns of different biological origins or of different biochemical natures remains mostly unclear. Here, we performed a detailed transcriptomic analysis in an early time series focused to study rapid-signalling transcriptional outputs induced by well-characterized patterns in the model plant Arabidopsis thaliana. This revealed that the transcriptional responses to diverse patterns (independent of their origin, biochemical nature or type of PRR) are remarkably congruent. Moreover, many of the genes most rapidly and commonly upregulated by patterns are also induced by abiotic stresses, suggesting that the early transcriptional response to patterns is part of the plant general stress response (GSR). As such, plant cells' response is in the first instance mostly to danger. Notably, the genetic impairment of the GSR reduces pattern-induced antibacterial immunity, confirming the biological relevance of this initial danger response. Importantly, the definition of a small subset of 'core immunity response' genes common and specific to pattern response revealed the function of previously uncharacterized GLUTAMATE RECEPTOR-LIKE (GLR) calcium-permeable channels in immunity. This study thus illustrates general and unique properties of early immune transcriptional reprogramming and uncovers important components of plant immunity

Electrophysiological analyses of the early recognition phase between plants and microorganism

An der pflanzlichen Plasmamembran geschieht die erste Wahrnehmung von mikrobiellen Molekülen, die MAMPs genannt werden. MAMP/PAMP Rezeptoren leiten frühe Abwehrantworten, wie die Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), externe Alkalisierung oder Ethylen, ein. Die Arabidopsis FLS2 rezeptorartige Kinase (RLK) stellt einen plasmamembran-lokalisierten MAMP Rezeptor dar, der über die Detektion des Flagellum von Pseudomonas species, eine basale Immunität in Arabidopsis thaliana vermittelt. Flg22, der kürzeste aktive Teil des bakteriellen Flagellins besteht aus 22 Aminosäuren und ist der bestuntersuchte bakterielle Elizitor. In der vorliegenden Arbeit zeigen wir eine starke Beteiligung von Ionenflüssen in der Initiationsphase der basalen Immunität. Unsere Messungen an intakten Arabidopsis Pflanzen und Pflanzengeweben sind in höchstem Masse reproduzierbar und öffnen eine neue Sicht, über die Natur von Ionentransporten in der Pflanzen - Mikroben Interaktion. Als Antwort auf die Applikation von flg22, haben wir nach einer Verzögerungsphase von etwa 2 Minuten eine transiente, dosis-abhängige Depolarisation (EC50=0,2 nM) in Mesophyll- und Wurzelhaarzellen von A. thaliana messen können. Das um 2 Aminsäuren kürzere Peptid flg22 Δ2 oder das Flagellin anderer Bakterien (Agrobacterium or Azospirillum) führten zu keiner Membrandepolarisation. Ebenso konnten keine Membranspannungsänderungen in dem Arabidopsis Ökotypen Ws-0, dem der funktionelle FLS2 Rezeptor fehlt, detektiert werden. Die Komplementation von Ws-0 Pflanzen mit dem intakten FLS2 Rezeptorgen rief eine Resensibilisierung für flg22 hervor. Mit dem EF-Tu Elizitor Peptid aus E.coli, welches durch den Arabidopsis MAMP Rezeptor EFR detektiert wird, wurden ähnliche Ergebnisse erzielt. Auf der Basis von Aequorin wurden Kalzium-induzierte Lumineszenzmessungen durchgeführt, in denen ein transienter Anstieg der zytosolischen Kalziumkonzentration als Antwort auf die Applikation von flg22 gemessen werden konnte. Dosis-Abhängigkeitsmessungen von flg22 und [Ca2+]cyt wiesen zwei unterschiedliche EC50 Werte, von 43 ± 2 pM und 67 ± 42 nM, auf. Möglicherweise wird auf zwei verschiedene Kalziumpools zugegriffen oder es werden zwei verschiedene Kalziumleitfähigkeiten aktiviert. Die Ionenkanalaktivierung und folgende Depolarisation benötigt die aktive Rezeptorkinase. In bak1-4 Arabidopsis Pflanzen, in denen die FLS2 Untereinheit BAK1 – eine weitverbreitete RLK, die auch mit dem Brassinosteroid Rezeptor assoziiert ist – fehlt, konnte keine Depolarisation als Antwort auf flg22 gemessen werden. Arabidopsis Mesophyllzellen zeigten die typische Alkalisierung des Apoplasten als Antwort auf flg22. Nicht-invasive MIFETM Experimente mit Ionen-selektiven Elektroden ergaben, dass der pH-Anstieg durch einen Einstrom von Protonen hervorgerufen wurde. Zusätzlich wurde ein Ausstrom von Chlorid und Kalium aufgezeichnet. Ähnlich wie das Kalziumsignal waren alle detektierten Ionenströme von transienter Natur. Im zweiten Ansatz wurden Membranpotential-Messungen durchgeführt, während in der externen Lösung die Konzentrationen von Protonen, Kalzium, Kalium oder Anionen variiert wurden. Nur eine Änderung des Anionengradienten hatte einen entscheidenden Einfluss auf die flg22-induzierte Depolarisation, was die Wichtigkeit der Anionenkanalaktivierung unterstreicht. Exudat Analysen ergaben, dass Nitrat das bevorzugt transportierte Ion ist. Unter zahlreichen getesteten Ionenkanalblockern erwies sich lediglich Lanthan als effektiver Blocker des flg22-induzierten zytosolichen Kalziumanstiegs, des Protoneneinstroms und der Membrandepolarisation. Da Lanthan bekanntlich unspezifische Kationenkanäle blockt, kann man an diesem Punkt davon ausgehen, dass Kalzium-aktivierte Anionenkanäle die Membrandepolarisation vermitteln und darauf eine Aktivierung von auswärtsgerichteten Kaliumkanälen folgt. Zukünftige Studien mit Doppelläufigen-Mikroelektroden Spannungsklemmexperimenten oder externen ionenselektiven Elektroden an intakten Schliesszellen werden helfen weitere Informationen über die Natur der Ionenkanäle in der basalen Immunität oder generell in der Pflanzen-Mikroben Interaktion zu erhalten. Über die elektrophysiologische Charakterisierung der multiplen Ionenströme in der basalen Immunität hinaus, ist natürlich der nächste wichtige Schritt das oder die Gene zu finden, die für die Ionenkanäle oder Transporter kodieren, die durch nicht nekrotisierende Elizitoren wie flg22 in der basalen Immunantwort in Pflanzen aktiviert werden.The plant plasma membrane represents the first site for recognition of microbial patterns called MAMPs. MAMP receptors mediate early defense responses including production of reactive oxygen species (ROS), external alkalinisation or ethylene. The Arabidopsis FLS2 receptor-like kinase (RLK) represents a plasma-membrane localized MAMP receptor that provides for innate immunity in Arabidopsis thaliana plants by specifically recognizing the flagellum (flg) of Pseudomonas species. Flg22, the shortest active part of flagellin, composed by 22 aminoacids is the best established bacterial elicitor that. About the role of ion channels in innate immunity nothing was known yet. In the current work we show a strong involvement of ion fluxes in the initiating phase of innate immunity. Our measurements on intact Arabidopsis plants and plant tissues are highly reproducible and open a new view of ion channel functions in plant microbe interactions. In response to the application of flg22, after a delay of about 2 minutes, we recorded a transient, dose-dependent depolarization (EC50=0.2 nM) in mesophyll and root hair cells of A. thaliana. Following wash-out of the peptide elicitor and recovery of the membrane potential to resting potential values within 70 ± 9 min, depolarizations could be elicited several times. No membrane depolarization was evoked upon application of flg22Δ2, a truncated flg22 peptide, or by application of flagellin from other bacteria (Agrobacterium or Azospirillum). Likewise, depolarization was not observed in the natural knockout mutant of the Arabidopsis ecotype Ws-0 lacking the functional FLS2 receptor. Complementation of transgenic Ws-0 plants with the functional FLS2 receptor restored flg22 sensitivity, indicating that FLS2 is essential for flg22 evoked membrane potential changes. Similar results were obtained using the E. coli EF-Tu elicitor peptide elf18, which is recognized by the Arabidopsis MAMP receptor EFR. Aequorin based calcium measurements allowed us to record a transient increase in cytosolic calcium concentration in response to applied flg22. Dose-response studies revealed two distinct EC50 values for the calcium response of 43 ± 2 pM and 67 ± 42 nM respectively. This indicates that two different calcium pools or two different calcium permeabilities in the plasma membrane were activated by flg22. In line with a requirement of receptor-kinase activity for ion channel activation and subsequent depolarization, the latter was completely blocked by the kinase inhibitor K-252a. In bak1-4 Arabidopsis plants, lacking the FLS2 subunit BAK1 – a promiscuous RLK also associated with the brassinosteroid receptor - no depolarisation was measured in response to flg22. This indicated that both RLKs – FLS2 and BAK1 – are required for flagellin induced ion channel activation. Arabidopsis mesophyll cells showed the typical alkalinization of the apoplast in response to flg22. Noninvasive experiments with vibrating ion-selective electrodes revealed that this pH rise was due to an influx of protons. In addition an efflux of chloride and potassium was recorded. All fluxes were transient in nature, as was the observed calcium signal. Simultaneous measurements using two ion-selective electrodes showed a delay of the potassium efflux in comparison to the other ions that participate in the flg22 response. In the second approach, membrane potential measurements were performed while changing extracellular concentrations of protons, calcium, potassium or anions. Changing the anion gradient had the greatest impact on flg22 induced depolarization, suggestive of anion channel activation. Exudates analyses of flg22 treated leaves revealed that nitrate was the favored anion transported. Among many putative channel blocking agents tested, only lanthanum was identified to be potent in blocking the flg22 induced the cytosolic calcium rise, proton influx, and membrane potential depolarization. Since lanthanum represents a non-specific cation channel blocker, we favor to conclude that a calcium dependent activation of anion channels mediated membrane potential depolarization and consequently outward rectifying potassium channels. Future studies with double-barreled microelectrode voltage-clamp or external ion selective electrodes on intact guard cells may help to gain further information about the nature of ion channels in innate immunity or plant microbe interaction in general. Of course, all over the electrophysiological characterization of the multiple ion fluxes in innate immunity the next important step would be to discover the gene(s) coding for ion channels or transporters activated by non necrotic elicitors as flg22 in the innate immune response of plants