Biotische Stressphysioöogie der Pflanze (wahl Pflanzenwissenschaften) - Cheatsheet.pdf

Identifikation und Klassifikation von Pathogenen (z.B. Pilze, Bakterien, Viren)

Definition:

Methoden zur Bestimmung und Einordnung von Pathogenen in Pflanzen, z.B. durch mikroskopische, molekularbiologische und biochemische Techniken.

Details:

• Mikroskopische Techniken: Licht- und Elektronenmikroskopie.
• Molekularbiologische Methoden: PCR, qPCR, Sequenzierung.
• Biochemische Tests: Enzymatische Assays, Pathogen-spezifische Marker.
• Viren: ELISA, RT-PCR, Elektronenmikroskopie.
• Bakterien: Gram-Färbung, Kultivierung, MALDI-TOF MS.
• Pilze: Morphologische Bestimmung, Sporulation, ITS-Sequenzierung.
• Bioinformatik: Datenanalyse, Datenbanken zur Identifikation genetischer Sequenzen.

Signaltransduktionswege bei biotischem Stress

Definition:

Signaltransduktionswege bei biotischem Stress aktivieren pflanzliche Abwehrmechanismen gegen Pathogene und herbivore Insekten.

Details:

• Wichtige Signalmoleküle: Salicylsäure (SA), Jasmoninsäure (JA), Ethen (ET).
• SA: Regulation der Abwehr gegen biotrophe Pathogene.
• JA und ET: Abwehr gegen nekrotrophe Pathogene und Herbivoren.
• Rezeptor-Erkennung (PAMPs) aktiviert MAP-Kinase-Kaskaden.
• Aktivierung von Transkriptionsfaktoren und Genexpression.

Rolle von Phytohormonen (z.B. Salicylsäure, Jasmonaten, Ethylen)

Definition:

Phytohormone sind essentielle Regulatoren in der biotischen Stressphysiologie der Pflanzen, entscheidend bei Abwehrmechanismen.

Details:

• Salicylsäure (SA): Signalmolekül in der Abwehr gegen biotrophe Pathogene, systemische erworbene Resistenz (SAR)
• Jasmonate (JA): Beteiligung an Abwehrmechanismen gegen nekrotrophe Pathogene und herbivore Insekten
• Ethylen (ET): Vermittelt Reaktionen auf biotischen Stress, synergistisch mit SA und JA
• Interaktionen: Kaskaden und Netzwerk von Signalwegen zwischen SA, JA und ET zur Feinabstimmung der Abwehrreaktionen
• Molekulare Mechanismen: Aktivierung spezifischer Gene, Bildung sekundärer Metabolite

Bildung und Funktion von sekundären Metaboliten

Definition:

Sekundäre Metaboliten sind organische Verbindungen, die nicht direkt am Wachstum oder der Fortpflanzung von Pflanzen beteiligt sind, aber essenziell für ihre Anpassung und Abwehrmechanismen gegen biotischen und abiotischen Stress.

Details:

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  • Biosynthese durch verschiedene Biosynthesewege, z. B. Shikimisäureweg, Mevalonatweg, Malonatweg
  • Funktionen: Abwehr gegen Pathogene, Fraßschutz gegen Herbivoren, Signalübertragung, UV-Schutz
  • Wichtige Klassen: Alkaloide, Terpenoide, Phenole
  • Ökologische Bedeutung: Interaktion mit anderen Organismen, Anpassung an Umweltbedingungen
  • Nutzung: Pharmazeutika, Pestizide, Aromastoffe

  Entwicklung resistenter Pflanzen durch Züchtung und Gentechnik

  Definition:

  Züchtung und Gentechnik zur Entwicklung resistenter Pflanzen gegen biotischen Stress zielgerichtet auf Erhöhung ihrer Widerstandsfähigkeit. Züchtung nutzt traditionelle Kreuzung, Gentechnik spezifische Genveränderung.

  Details:

  • Biotischer Stress: Befall durch Pathogene, Schädlinge
  • Traditionelle Züchtung: Selektion und Kreuzung resistenter Sorten
  • Mutationszüchtung: Induktion von Mutationen, Selektion resistenter Pflanzen
  • Gentechnik: Transfer resistenzverleihender Gene mittels CRISPR/Cas oder Agrobacterium tumefaciens
  • BT-Mais: Einpflanzen von Bacillus thuringiensis-Genen zur Insektenresistenz
  • Virusresistenz: Einfügen von Genen, die Virusreplikation hemmen
  • Pflanzenimmunität: Überexpression von PR-Genen (Pathogenesis-Related Genen)
  • Vorteile: Ertragssicherheit, Reduktion chemischer Pestizide
  • Risiken: Ökologische Auswirkungen, Resistenzentwicklung bei Schädlingen

  Rolle von epigenetischen Veränderungen bei der Stressanpassung

  Definition:

  Epigenetische Veränderungen modifizieren die Genexpression ohne Veränderung der DNA-Sequenz; wichtig für schnelle Anpassung an biotischen Stress in Pflanzen.

  Details:

  • Epigenetik: DNA-Methylierung, Histonmodifikation, nicht-kodierende RNAs
  • Schnelle Anpassung an Umweltstress ohne genetische Mutation
  • Stressinduzierte Methylierung/Demethylierung bestimmter Gene
  • Chromatinveränderungen beeinflussen Genzugänglichkeit
  • Epigenetische Marker können über Generationen weitergegeben werden
  • Integration von Signalen aus der Umwelt in das pflanzliche Genom
  • Wichtig für biotische Stressreaktionen wie Pathogenabwehr

  Molekularbiologische Techniken zur Analyse der Genexpression

  Definition:

  Molekularbiologische Techniken ermöglichen die Analyse der Genexpression, um zu verstehen, wie Gene in Reaktion auf biotischen Stress in Pflanzen reguliert werden.

  Details:

  • qPCR: Quantifiziert Genexpression durch die Amplifikation von cDNA.
  • RNA-Seq: Liefert umfassende Daten über das gesamte Transkriptom.
  • Microarray: Analysiert die Expression vieler Gene gleichzeitig durch Hybridisierung.
  • Reporter-Gensysteme: Visualisieren Genexpression in lebenden Pflanzen.
  • Northern Blot: Bestimmt die RNA-Menge bestimmter Gene.
  • RT-PCR: Wandelt RNA in cDNA um für nachfolgende PCR-Analysen.

  Verwendung von Genomics und Proteomics in der Stressforschung

  Definition:

  Analyse von Genom- und Proteomdaten zur Identifikation stressinduzierter Gene und Proteine.

  Details:

  • Genomics: Untersuchung gesamter Genomsequenzen.
  • Proteomics: Analyse aller Proteine in einem Gewebe/Stadium.
  • Ermittlung von Expressionsmustern und molekularen Markern.
  • Hilfe bei der Identifikation von Stressresistenz-Mechanismen.
  • Verwendung von Bioinformatik-Tools und Datenbanken.