Plant Systems Biology (Wahl Pflanzenwissenschaften) - Cheatsheet.pdf

Zellstrukturen: Zellwand, Zellmembran, Zellkern

Definition:

Zellwand: stützende und schützende Struktur, Zellmembran: semipermeable Barriere, Zellkern: genetisches Kontrollzentrum, DNA.

Details:

• Zellwand: aus Cellulose, Hemicellulosen, Pektinen; bietet mechanische Festigkeit, Schutz vor Pathogenen
• Zellmembran: Doppellipidschicht mit eingelagerten Proteinen; reguliert Stofftransport, Kommunikation mit der Umwelt
• Zellkern: enthält DNA in Chromosomen; steuert Zellaktivitäten durch Genexpression

Signalwege: Von der Wahrnehmung bis zur Antwort

Definition:

Signalwege in Pflanzen: Von externen Reizen zur zellulären Antwort.

Details:

• Reizwahrnehmung: Rezeptoren erkennen externe Signale (z.B. Licht, Hormone).
• Signaltransduktion: Umwandlung des Signals durch sekundäre Botenstoffe (z.B. Ca²⁺).
• Regulierung: Aktivierung von Transkriptionsfaktoren und Genexpression.
• Antwort: Physiologische Veränderungen (z.B. Wachstum, Abwehrmechanismen).

Blühprozesse und Reproduktionsbiologie

Definition:

Erklärung von Blühinduktion und -entwicklung sowie Mechanismen der sexuellen und asexuellen Fortpflanzung bei Pflanzen.

Details:

• Blühinduktion: Steuerung durch Umweltfaktoren (Photoperiodismus, Vernalisation) und endogene Signale (Hormone).
• Blühentwicklung: Übergang von vegetativem zu reproduktivem Wachstum, Bildung von Blütenmeristemen.
• Fortpflanzung: sexuell (Bestäubung, Befruchtung, Samenbildung) und asexuell (Klonen, vegetative Vermehrung).
• Molekulare Mechanismen: Genregulation durch MADS-Box-Gene, ABC-Modell der Blütenentwicklung.
• Wichtige Hormone: Gibberelline, Auxine, Cytokinine.

Genomstrukturen und -funktionen

Definition:

Struktur und Funktion von Genomen in Pflanzen, einschließlich der Organisation genetischer Elemente und ihrer Rolle in Zellprozessen.

Details:

• DNA-Struktur: Doppelhelix, Nukleotide (A, T, G, C)
• Gene: Abschnitte der DNA, die für Proteine oder RNA kodieren
• Chromosomen: Verpackungseinheiten der DNA; bei Pflanzen oft polyploid
• Transposons: bewegliche DNA-Elemente, die genomische Vielfalt erzeugen
• Epigenetik: chemische Modifikationen der DNA, die Genexpression beeinflussen
• Genom-Editierung: CRISPR/Cas9 zur gezielten Veränderung von DNA-Sequenzen
• Funktionen: Steuerung der Zellfunktion, Entwicklung und Reaktion auf Umweltbedingungen

Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Mikroorganismen

Definition:

Interaktionen zwischen Pflanzen und Mikroorganismen, entscheidend für Nährstoffaufnahme, Wachstum und Krankheitsschutz von Pflanzen.

Details:

• Symbiose: Mykorrhiza, Stickstofffixierung durch Rhizobien.
• Pathogene Interaktionen: Pilze, Bakterien, Viren.
• Signalmoleküle: Phytohormone, Antimikrobielle Verbindungen.
• Metabolic Pathways: Sekundärmetaboliten, Primärmetaboliten.
• Immunsystem der Pflanzen: PAMPs, Effektoren, R-Proteine.
• Umweltfaktoren: Bodenzusammensetzung, Feuchtigkeit.

Fotosynthese und Energiewandlung

Definition:

Prozess, bei dem Pflanzen Lichtenergie nutzen, um chemische Energie in Form von Glukose zu produzieren.

Details:

• Findet in Chloroplasten statt
• Hauptreaktionen: Lichtreaktionen und Calvin-Zyklus
• Summenformel:
• 6CO_2 + 6H_2O + Lichtenergie → C_6H_{12}O_6 + 6O_2
• ATP und NADPH von Lichtreaktionen eingesetzt im Calvin-Zyklus

Transgene Pflanzen und Biotechnologie

Definition:

Transgene Pflanzen sind genetisch veränderte Pflanzen, bei denen fremde Gene ins Genom integriert wurden, um spezifische Eigenschaften zu erzeugen oder zu verstärken.

Details:

• Verfahren: Genübertragungstechniken wie Agrobacterium tumefaciens, Genkanone
• Ziele: Ertragssteigerung, Resistenz gegen Schädlinge und Krankheiten, verbesserte Nährstoffprofile
• Bedeutung: Landwirtschaftliche Produktivität, Nachhaltigkeit, Nahrungssicherheit
• Beispiele: Bt-Mais (Bacillus thuringiensis), Golden Rice (Vitamin A-reicher Reis)
• Regulierung: GVO-Richtlinien, Ethik, Umweltverträglichkeit
• Risiken: Unkontrollierte Ausbreitung, Resistenzentwicklung bei Schädlingen, Auswirkungen auf nicht-zielgerichtete Organismen

Stressantworten und Anpassungsmechanismen

Definition:

Stressantworten und Anpassungsmechanismen in Pflanzen beschreiben die physiologischen, biochemischen und molekularen Reaktionen auf abiotische und biotische Stressfaktoren zur Sicherstellung des Überlebens und der Fortpflanzung.

Details:

• Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) als Signalmoleküle
• Osmolyte wie Prolin, Glycinbetain zur osmotischen Anpassung
• Wärmeschock-Proteine (HSPs) für Proteinfaltung und -schutz
• Antioxidantien (z.B. Ascorbat, Glutathion) zur ROS-Entgiftung
• Phytohormone: Abscisinsäure (ABA) bei Wassermangel, Salicylsäure (SA) bei Pathogenen
• Genexpression und Transkriptom-Änderungen durch Transkriptionsfaktoren
• Epigenetische Modifikationen: DNA-Methylierung, Histon-Modifikationen
• Signalkaskaden: MAPK-Signalling durch zelluläre Stresssensoren