Fachmodul Molekulare Pflanzenphysiologie I - Cheatsheet

PCR und Gensequenzierung

Definition:

PCR (Polymerase-Kettenreaktion) vervielfältigt DNA-Abschnitte exponentiell. Gensequenzierung bestimmt die genaue Reihenfolge von Nukleotiden in DNA.

Details:

• PCR-Komponenten: Template-DNA, Primer, dNTPs, Taq-Polymerase, Puffer.
• PCR-Zyklen: Denaturierung bei 94°C, Annealing bei 50-65°C, Elongation bei 72°C.
• Sanger-Sequenzierung: Basen-spezifische Abbruchnukleotide (ddNTPs) benutzt.
• Nächste-Generation-Sequenzierung (NGS): Paralleles Sequenzieren großer Mengen von DNA.
• Methoden: Illumina, PacBio, Nanopore.

Immunhistochemische Färbemethoden

Definition:

Technik zur Lokalisierung spezifischer Proteine in Geweben mittels Antikörpern, die an ein nützlicher Farbstoff bzw. Fluorochrom gekoppelt sind.

Details:

• Primärantikörper bindet spezifisch an Zielprotein.
• Sekundärantikörper bindet an den Primärantikörper und ist mit Enzym oder Fluorochrom markiert.
• Färbung oder Fluoreszenzsignal zeigt Position des Zielproteins an.
• Mögliche Methoden: direkte (Primärantikörper ist markiert) und indirekte (Sekundärantikörper ist markiert) Immunfluoreszenz.
• Beispiele für Farbstoffe: DAB (Diaminobenzidin) für enzymatische Färbung, FITC (Fluorescein-Isothiocyanat) für fluoreszente Färbung.

Partikelkanone zur Transformation von Pflanzenzellen

Definition:

Biolistische Methode zur Einführung von DNA in Pflanzenzellen.

Details:

• Verwendung von Wolfram- oder Goldpartikeln beschichtet mit DNA
• Partikel werden mit Hochgeschwindigkeit in Zielzellen geschossen
• Ermöglicht gentechnische Modifikation von schwer transformierbaren Pflanzenarten
• Etablierte Methode für stabile Genexpression
• Wichtige Schritte: Vorbereitung der DNA-Partikel, Kalibrierung der Kanone, Auswahl von Zielgewebe
• Ziel: Integration der Fremd-DNA in das pflanzliche Genom

Fluoreszenzmikroskopie und konfokale Laserscanning-Mikroskopie

Definition:

Fluoreszenzmikroskopie: Technik zur Visualisierung von Strukturen in Zellen mittels Fluoreszenzfarbstoffen und UV-Licht. Konfokale Laserscanning-Mikroskopie: Erweiterung der Fluoreszenzmikroskopie, die durch punktuelles Beleuchten und Detektieren optische Schnitte ermöglicht.

Details:

• Fluoreszenzmikroskopie nutzt Fluorophore zur Markierung spezifischer Moleküle.
• Es wird UV-Licht verwendet, um Fluorophore zu erregen.
• Emission von Licht mit längerem Wellenlängen (niedriger Energie) wird detektiert.
• Konfokale Laserscanning-Mikroskopie (CLSM) verbessert die Auflösung und den Kontrast, indem sie Störsignale außerhalb des Fokus eliminiert.
• CLSM erzeugt optische Schnitte durch punktuelles Scannen der Probe mit einem Laser und Detektion durch eine Pinhole-Öffnung.
• Ermöglicht 3D-Rekonstruktionen durch Aufnahme mehrerer Schichten.

Membrantransportmechanismen

Definition:

Transport von Molekülen und Ionen über Zellmembranen.

Details:

• Passiver Transport: ohne Energieverbrauch, entlang des Gradienten.
• Aktiver Transport: unter Energieverbrauch (ATP), gegen den Gradienten.
• Einfacher Diffusion: kleine, ungeladene Moleküle (O\textsubscript{2}, CO\textsubscript{2}).
• Erleichterte Diffusion: durch Transportproteine (Carrier, Kanäle).
• Primär aktiver Transport: ATP direkt genutzt (Na\textsuperscript{+}/K\textsuperscript{+}-Pumpe).
• Sekundär aktiver Transport: Energie aus elektrochemischem Gradienten (Symport, Antiport).
• Endozytose/Exozytose: Transport über Vesikel.

Stickstoff- und Schwefelstoffwechsel in Pflanzen

Definition:

Stoffwechselwege von Stickstoff und Schwefel in Pflanzen. Grundlegend für Aminosäuren, Proteine und sekundäre Metaboliten.

Details:

• Stickstoffassimilation: Nitratreduktase (NO₃⁻ zu NO₂⁻), Nitritreduktase (NO₂⁻ zu NH₄⁺).
• Ammoniumassimilation: Glutaminsynthetase/Glutamatsynthase-System (GS/GOGAT); wichtig für Synthese von Glutamin und Glutamat.
• Schwefelassimilation: Sulfataufnahme und -reduktion zu Sulfid; Inkorporation in Cystein.
• S-Schlüsselenzym: ATP-Schwefelase/APS-Reduktase, O-Acetylserin(thiol)lyase (OASTL) für Cysteinbildung.
• C/N/S-Verhältnis entscheidend für Pflanzenwachstum und Stressantwort.

Abiotic Stress Mechanismen (z.B. Kälte-, Salz- und Trockenstress)

Definition:

Strategien und Reaktionen von Pflanzen zur Anpassung und Toleranz an nicht-lebende Stressfaktoren wie Kälte, Salz, und Trockenheit

Details:

• Kältestress: Veränderung der Membranfluidität, Akkumulation von kompatiblen Soluten (Proline, Zucker), Aktivierung von Cold-Response-Genen (COLD)
• Salzstress: Ionische Homöostase, Aufbau von Ionenkonzentrationen, Osmotische Anpassung, Na+/H+ Antiporter in der Vakuolen- und Plasmamembran
• Trockenstress: Schließen der Stomata zur Reduzierung von Wasserverlust, Akkumulation von ABA (Abscisinsäure), Synthetisierung von Hydrophilen und Schutzproteinen
• ROS (reaktive Sauerstoffspezies): Signalisierung und Stressschäden, Aktivierung von antioxidativen Enzymen wie Superoxiddismutase (SOD), Katalase
• Expression von Stressproteinen (HSPs)

Biotic Stress: Immunantworten auf Pathogene

Definition:

Pflanzen verteidigen sich gegen biotischen Stress durch Erkennung und Abwehrmechanismen gegen Pathogene.

Details:

• Pattern-Recognizing-Receptors (PRRs) erkennen Pathogen-assoziierte molekulare Muster (PAMPs)
• Effektoren aus Pathogenen werden durch Pflanzenrezeptoren wahrgenommen
• Signaltransduktionswege – ein Hauptweg ist der Mitogen-aktivierte Proteinkinaseweg (MAPK-Weg)
• Abwehrmechanismen umfassen die Produktion von Phytoalexinen, ROS und die Verstärkung der Zellwände
• Hypersensitive Reaktion (HR) – induzierte Zellapoptose zur Begrenzung der Pathogenausbreitung