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aktuelle Publikationen


Hier finden Sie eine Auswahl von 2018 veröffentlichten Forschungsergebnissen der Fakultät.


Publikation

Abbildung

Bemerkungen

Theißen, G., Rümpler, F. and Gramzow, L. (2018). Array of MADS-box genes: facilitator for rapid adaptation? Trends in Plant Sciences. 23, 563-576. 

DOI:
https://doi.org/10.1016/j.tplants.2018.04.008

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Innerhalb einer Population von Pflanzen der Art Arabidopsis thaliana existieren verschieden Zustände eines Tandem-Gen-Clusters, welches in die Blühzeitpunktkontrolle involviert ist (illustriert durch die farbigen Boxen). Die Clusterzustände resultieren in leicht unterschiedlichen Blühzeitpunkten in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Bei einer Veränderung der Umgebungstemperatur kann sich die Population auf diese Weise sehr schnell an die veränderten Bedingungen anpassen. (Abbildung: Florian Rümpler/FSU)

u finden. Die Entstehung und Evolution des Gen-Clusters zu verstehen, könnte daher helfen die Blühzeitpunktkontrolle gezielt zu beeinflussen und so Im Zeitalter der globalen Erwärmung stellt sich die Frage, ob es allen Pflanzen gelingen wird, mit den sich rasch verändernden Umweltbedingungen Schritt zu halten. Für lange Zeit war man sich sicher, dass die Evolution ein langsamer, gradueller Prozess ist, der über zahllose, unmerklich kleine Schritte zur Anpassung führt. In den letzten Jahren setzte sich jedoch weitgehend die Meinung durch, dass die Evolution zumindest manchmal sehr schnell vonstattengehen kann, sodass bereits innerhalb weniger Generationen eines Organismus grundlegende Veränderungen auftreten können. Welche molekularen Mechanismen diese Form der schnellen Anpassung ermöglichen ist bisher allerdings weitestgehend unerforscht. In dieser Studie entwickeln wir die Hypothese, dass sogenannte Tandem-Gen-Cluster eine Quelle schneller Evolution sind. Ein Tandem-Gen-Cluster ist ein Bereich des Genoms in dem mehrere Gene der gleichen Genfamilie unmittelbar hintereinander liegen. Diese Bereiche des Erbguts mutieren und evolvieren häufig besonders schnell. In der Modellpflanze Arabidopsis thaliana existiert ein Tandem-Gen-Cluster welches in die Kontrolle des Blühzeitpunktes involviert ist. Auf Grundlage vorangegangener Studien stellen wir die Hypothese auf, dass häufig auftretende Mutationen in diesem Gen-Cluster zu leichten Veränderungen in der Blühzeitpunktkontrolle führen und dadurch eine schnelle Anpassung an Temperaturveränderungen ermöglicht wird. Ähnliche Gen-Cluster sind auch in verschiedenen Nutzpflanzen zdie Herausforderungen des Klimawandels zu meistern.


Nishiyama, Tomoaki et al. (2018): The Chara Genome: Secondary Complexity and Implications for Plant Terrestrialization, Cell, https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.06.033.

Quelle und Details:
https://www.uni-jena.de/Forschungsmeldungen/FM180724_Algen_Land.html
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Quirl einer Armleuchteralge mit Reproduktionsorganen. Der für Algen komplizierte Körperbau deutet die relativ nahe Verwandtschaft zu den Landpflanzen an.

Foto: Florian Rümpler/FSU
Wie weit muss man in der Evolutionsgeschichte zurückgehen, um herauszufinden, wann die Weichen für die Besiedlung des Festlandes durch Pflanzen gestellt wurden? Die Antwort darauf fand ein internationales Wissenschaftlerteam, welches das Genom der Armleuchteralge Chara braunii entschlüsselte - deren Vorfahren bereits vor 500 Millionen Jahren lebten. An der Deutung der Genomsequenz der Grünalge, die viel näher mit den Landpflanzen verwandt ist als die meisten anderen Algen, beteiligten sich mehr als 30 Forscher und steuerten unter der Leitung des Marburger Biologen Prof. Dr. Stefan Rensing ihre je eigene Expertise bei, darunter Prof. Dr. Günter Theißen und Dr. Florian Rümpler von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Die Ergebnisse wurden in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift "Cell" veröffentlicht (DOI: 10.1016/j.cell.2018.06.033).
Felix Blei et al. (2018): Biocatalytic Production of Psilocybin and Derivatives in Tryptophan Synthase-Enhanced Reactions, Chemistry - A European Journal, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/chem.201801047.

Sandra Hoefgen et al. (2018): Facile assembly and fluorescence-based screening method for heterologous expression of biosynthetic pathways in fungi, Metabolic Engineering, https://doi.org/10.1016/j.ymben.2018.05.014.

Pressemitteilung:
http://idw-online.de/de/news699637
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Pharmazeuten der Uni Jena erforschen Zauberpilze wie den Psilocybe cyanescens, auch Blauender Kahlkopf genannt. Dieser produziert den bewusstseinserweiternden Wirkstoff Psilocybin.

Foto: Dirk Hoffmeister/FSU

Lange Zeit wagte sich niemand so recht an die Erforschung von Psilocybin - dem Molekül, das den Zauberpilzen ihre Magie verleiht. Aufgrund seiner bewusstseinserweiternden, halluzinogenen Wirkung bezog es in der Wissenschaft seit den 60er Jahren eher eine Randposition. Seit einigen Jahren floriert jedoch die Erforschung des Wirkstoffs wieder, denn klinische Studien in aller Welt belegen die lindernde Wirkung bei therapieresistenten, schweren Depressionserkrankungen. Grund genug für Prof. Dr. Dirk Hoffmeister von der Friedrich-Schiller-Universität Jena, sich genauer mit der Substanz zu befassen: Erst im vergangenen Jahr deckte er mit seinen Mitarbeitern die Prozesse auf, mit denen der Pilz Psilocybin produziert - und entwickelte seitdem mit Jenaer Kollegen gleich zwei alternative Herstellungsmöglichkeiten. Zwei Fachmagazine veröffentlichten nun die Ergebnisse.
 P. Sieber, M. Platzer, S. Schuster
The definition of open reading frame revisited
Trends in Genetics 34, 2018, 167-170
 Definition

Abbildung in Originalgröße.

Die drei verschiedenen ORF-Definitionen sind am Beispiel eines eukaryotischen Gens mit Introns illustriert. ORFs sind dargestellt als orangene gestrichelte Linien. In allen Fällen kann ein ORF keine Stopcodons innerhalb des entsprechenden Leserahmens enthalten.
Definition 1 ist von einem Startcodon am Anfang und einem Stopcodon am Ende begrenzt. Das kann bei Stopcodons innerhalb von Introns zur Problemen führen, wobei ein Gen unvollständig erkannt wird. Im Fall von prokaryotischen Genen und Genen ohne Introns entspricht Definition 1 der kodierenden Sequenz (CDS).
Definition 2 wird von jeweils einem Stopcodon an Anfang und Ende begrenzt. Dabei kann ein Gen mehr als ein ORF enthalten und ein ORF beinhaltet ein oder mehrere Exons eines Gens.
Definition 3 findet nur bei internen Exons Anwendung und ist durch die Spleißstellen an Anfang und Ende jedes Exons begrenzt. Hier entspricht ein ORF genau einem internen Exon.
Der Begriff des offenen Leserasters (open reading frame, ORF) wird im Alltag vieler biologischen Wissenschaftler regelmäßig verwendet und kann genutzt werden, um potentielle protein-kodierende Gene zu finden. In der Fachliteratur und in wissenschaftlichen Artikeln wird ein ORF oft definiert als eine Sequenz, die mit einem Startcodon beginnt und mit einem Stopcodon endet. Jedoch wirft diese Definition einige Fragen auf: Wie unterscheidet sich der Begriff ORF von dem einer kodierenden Sequenz (coding sequence, CDS)? Was passiert, wenn eine Sequenz Introns enthält? Und kann die ORF-Suche auch auf Metadaten und unvollständige Sequenzen angewandt werden?
Bei unserer Suche fiel auf, dass es drei verschiedene Definitionen für ORFs gibt, die alle in Verwendung sind. Das kann zu Missverständnissen zwischen verschiedenen Wissenschaftlern führen, weshalb ein einheitliches Verständnis des Begriffs angestrebt werden sollte. In unserem Artikel stellten wir diese Definitionen von ORF vor und gehen wir auf verschiedene Vor- und Nachteile der drei Definitionen ein. Schlussendlich schlagen wir die Definition als einheitlich vor, die am Anfang und Ende von einem Stopcodon begrenzt wird.
 
Eva Kling, Thomas Spaller, Jana Schiefner, Doreen Bönisch, Thomas Winckler: Convergent evolution of integration site selection upstream of tRNA genes by yeast and amoeba retrotransposons. Nucleic Acids Research 2018, DOI: https://doi.org/10.1093/nar/gky582.  Amöbe_Winckler
Multizellulärer Fruchtkörper der Amöbe Dictyostelium discoideum.

Foto: Thomas Winckler/FSU
Parasitismus ist eine absolut einseitige Lebensform. Der Schmarotzer bereichert sich auf Kosten seines Wirtes und schädigt diesen nicht selten so sehr, dass er abstirbt. Trotz dieser ungerechten Ausgangssituation ist das Phänomen weit verbreitet. Sogar in den Erbanlagen eines Organismus, in seinem Genom, können wir es finden. Bestimmte DNA-Sequenzen, sogenannte mobile genetische Elemente, infiltrieren solche Zellen und vermehren sich darin eigennützig. In der Regel verbreiten sich die neuen Kopien dieser Elemente dabei uneingeschränkt im Genom und springen häufig in die Gene der Zelle und zerstören sie so. Pharmazeuten der Friedrich-Schiller-Universität Jena haben nun aber herausgefunden, dass die Parasiten unter Umständen auf ganz unterschiedliche Weise auch Rücksicht auf ihren Wirt nehmen - im eigenen Interesse natürlich.
P. König t al.: Advances in flowering phenology across the Northern Hemisphere are explained by functional traits. Global Ecol Biogeogr. 2018 https://doi.org/10.1111/geb.12696

Pressemitteilung:
https://idw-online.de/de/news689116
Kirschblueten 
Die Kirschblüten treiben in Japan seit Mitte des 20. Jahrhunderts immer früher aus. Ein Phänomen, das sich auch in unseren Breiten beobachten lässt, wie Jenaer Biologinnen nachgewiesen haben.

Foto: Anne Günther/FSU

Hanami - das japanische Kirschblütenfest lockt jedes Frühjahr Tausende Einheimische und Touristen aus aller Welt ins Freie, um in öffentlichen Parks das Erwachen der Natur in Weiß und Rosarot zu feiern. Das fernöstliche Frühlingsfest hat eine lange Tradition und der Beginn der nur wenige Tage dauernden Kirschblüte wird in Japan bereits seit über 1.000 Jahren dokumentiert. Aus solchen Aufzeichnungen, aber auch zahlreichen anderen Beobachtungsreihen weiß man, dass es in den zurückliegenden Jahren und Jahrzehnten gravierende Veränderungen im Einsetzen der Baumblüte gegeben hat.
Für ihre Studie hat Patrizia König Daten aus verschiedenen Publikationen zum Blühbeginn für über 550 Pflanzenarten von 18 Standorten in Europa und Nordamerika zusammengetragen und ausgewertet.

Yvette Pötzinger, Martin Rabel, Hannes Ahrem, Jana Thamm, Dieter Klemm, Dagmar Fischer. Polyelectrolyte layer assembly of bacterial nanocellulose whiskers with plasmid DNA as biocompatible non-viral gene delivery system. Cellulose 2018, 1-22
DOI: https://doi.org/10.1007/s10570-018-1664-z

Nanocellulose250
Aus dem säurehydrolytischen Abbau bakterieller Nanocellulose resultieren biokompatible Cellulosenanowhisker, welche sich mit DNA beladen lassen.
Aus Nanocellulose wurden durch chemischen Abbau Nanokristalle, sog. Nanowhisker gewonnen, die eine exzellente Zyto- und Hämotoxizität in verschiedenen in vitro- und ex ovo-Tests gezeigt haben. Die Partikel waren in der Lage in Layer-by-Layer-Systemen mit kationischen Polymeren Plasmide zu binden, zu stabilisieren und in einem Proof-of-Concept zur Transfektion zu bringen. Diese Nanowhisker zeigten dabei ihre Eignung als erneuerbares Wirkstoffträgersystem für bioaktive Substanzen wie Nukleinsäuren
O. Werz et al. Human macrophages differentially produce specific resolvin or leukotriene signals that depend on bacterial pathogenicity. Nature Communications 9 (2018) DOI:10.1038/s41467-017-02538-5

Pressemitteilung:
https://idw-online.de/de/news687274
 Werz250

Bildausschnitt (Original siehe Pressemitteilung)
Omega-3-Fettsäuren sind essenzielle Nahrungsbestandteile und gelten als sehr gesund. Die vor allem in Pflanzenöl und Fisch vorkommenden Substanzen haben sich in zahlreichen Untersuchungen als gesundheitsfördernd für das Herz-Kreislauf-System erwiesen. Darüber hinaus spielen Omega-3-Fettsäuren auch eine wichtige Rolle bei der Immunabwehr: Sie liefern die Grundbausteine für entzündungsauflösende Substanzen - sogenannte Resolvine -, die das Abklingen von Entzündungsreaktionen zum Beispiel infolge von mikrobiellen Infektionen fördern. Ein internationales Forscherteam um Prof. Dr. Oliver Werz von der Friedrich-Schiller-Universität Jena und Prof. Dr. Charles N. Serhan von der Harvard Medical School in Boston hat jetzt in der renommierten Fachzeitschrift "Nature Communications" Studienergebnisse vorgestellt, die den zugrundeliegenden zellulären Mechanismus der Auflösungsphase von Entzündungsreaktionen erklärt (DOI: 10.1038/s41467-017-02538-5). Demnach nehmen krankheitserregende Bakterien gezielt Einfluss auf die Funktion bestimmter Immunzellen - die Makrophagen - und steuern so den gesamten Prozess der Entzündung anhand unterschiedlicher Fettsäuren.