The Domon Family of Plant Plasma Membrane B-Type Cytochromes: Heterologous Expression, Biochemical Characterization and Physiological Roles in Vivo

The DOMON domain is a domain widespread in nature, predicted to fold in a β-sandwich structure. In plants, AIR12 is constituted by a single DOMON domain located in the apoplastic space and is GPI-modified for anchoring to the plasma membrane. Arabidopsis thaliana AIR12 has been heterologously expressed as a recombinant protein (recAtAIR12) in Pichia pastoris. Spectrophotometrical analysis of the purified protein showed that recAtAir12 is a cytochrome b. RecAtAIR12 is highly glycosylated, it is reduced by ascorbate, superoxide and naftoquinones, oxidised by monodehydroascorbate and oxygen and insensitive to hydrogen peroxide. The addition of recAtAIR12 to permeabilized plasma membranes containing NADH, FeEDTA and menadione, caused a statistically significant increase in hydroxyl radicals as detected by electron paramagnetic resonance. In these conditions, recAtAIR12 has thus a pro-oxidant role. Interestingly, AIR12 is related to the cytochrome domain of cellobiose dehydrogenase which is involved in lignin degradation, possibly via reactive oxygen species (ROS) production. In Arabidopsis the Air12 promoter is specifically activated at sites where cell separations occur and ROS, including •OH, are involved in cell wall modifications. air12 knock-out plants infected with Botrytis cinerea are more resistant than wild-type and air12 complemented plants. Also during B. cinerea infection, cell wall modifications and ROS are involved. Our results thus suggest that AIR12 could be involved in cell wall modifying reactions by interacting with ROS and ascorbate. CyDOMs are plasma membrane redox proteins of plants that are predicted to contain an apoplastic DOMON fused with a transmembrane cytochrome b561 domain. CyDOMs have never been purified nor characterised. The trans-membrane portion of a soybean CyDOM was expressed in E. coli but purification could not be achieved. The DOMON domain was expressed in P. pastoris and shown to be itself a cytochrome b that could be reduced by ascorbate.

Molecular phylogenetic inferences on the position of the Mollusca within the Lophotrochozoa

Die phylogenetische Position der Mollusken innerhalb der Trochozoa sowie die interne Evolution der Klassen der Mollusca sind weitgehend unbekannt und wurden in meiner Arbeit anhand molekularer Merkmale untersucht. Phylogenomische Analysen zeigten in der Vergangenheit eine gute Auflösung für ursprüngliche Speziationsereignisse. Daher wurden hier drei neue EST Datensätze generiert: für Sipunculus nudus (Sipuncula), Barentsia elongata (Kamptozoa) und Lepidochitona cinerea, (Polyplacophora, Mollusca). Zusätzlich wurden gezielt Gene verschiedener Mollusken mittels RT-PCR amplifiziert. rnSowohl Kamptozoen als auch Sipunculiden wurden aufgrund morphologischer Kriterien bisher als mögliche Schwestergruppe der Mollusken gehandelt, aber die hier erzielten Ergebnisse zur Evolution der Hämerythrine, Gen-Anordnungen der mitochondrialen Genome und phylogenetische Analysen der ribosomalen und der mitochondriellen Proteine stützen diese Hypothese nicht. Die Position der Kamptozoa erwies sich hier generell als unbeständig; phylogenomische Analysen deuten eine Nähe zu den Bryozoen an, aber diese Position wird stark durch die Auswahl der Taxa beeinflusst. Dagegen weisen meine Analysen klar auf eine nähere Beziehung zwischen Annelida und Sipuncula hin. Die ribosomalen Proteine zeigen Sipuncula (und Echiura) sogar als Subtaxa der Anneliden. Wie den Mollusken fehlt den Sipunculiden jegliche Segmentierung und meine Ergebnisse legen hier die Möglichkeit des Verlusts dieses Merkmals innerhalb der Anneliden bei den Sipunculiden nahe. Innerhalb der Mollusken wurden die Solenogastren bereits als Schwestergruppe aller rezenten Mollusken vorgeschlagen. Im Rahmen meiner Arbeit wurden von drei verschiedenen Solenogastren-Arten die ersten zuverlässigen 18S rRNA-Sequenzen ermittelt, und es zeigte sich, dass alle bisher veröffentlichten 18S-Sequenzen dieser Molluskenklasse höchst unvollständig oder fehlerhaft sind. rnRibosomale Proteine sind gute phylogenetische Marker und hier wurden die Auswahl und Anzahl dieser Gene für phylogenetische Analysen optimiert. Über Sonden-basierte Detektion wurde eine sampling-Strategie getestet, die im Vergleich mit standard-phylogenomischen Ansätzen zukünftige molekulare Stammbaumrekonstruktionen mit größerem Taxonsampling ermöglicht.rn

Untersuchungen zur Lebensweise und zur Populationskontrolle des Gemeinen Ohrwurms Forficula auricularia L. (Insecta, Dermaptera) in Rebanlagen

Der Gemeine Ohrwurm (Forficula auricularia LINNAEUS 1758) wurde bisher im Weinbau als natürlicher Gegenspieler verschiedener Rebschädlinge zu den Nützlingen gezählt. Etwa seit 2005 verursacht er aufgrund stark ansteigender Populationsdichten Schäden in pfälzischen Rebanlagen. Ohrwürmer halten sich massenhaft in den Trauben auf. Zusammen mit ihren Exkrementen geraten sie bei der Lese in großer Zahl ins Erntegut. Die Tiere werden von der weinbaulichen Praxis als sehr störend und qualitätsmindernd empfunden und ihre Einstufung als Nützling kritisch gesehen. Aufgrund dieser Problematik wurde im Mai 2007 ein durch den Forschungsring des Deutschen Weinbaus (FDW) finanziertes Forschungsprojekt am Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum Rheinpfalz in Neustadt an der Weinstraße begonnen. Bis 2010 wurden offene Fragen zur Erfassung und Populationsbiologie des Gemeinen Ohrwurms in Rebanlagen bearbeitet, die von ihm verursachten Schäden beschrieben und Strategien zu seiner Befallsregulation entwickelt. Am Boden aktive Ohrwürmer wurden mit Bodenfallen nach BARBER (1931) aufgenommen. In der Laubwand des Rebstockes wurden die Ohrwürmer mit eigens konzipierten Bambusfallen erfasst. F. auricularia ist in pfälzischen Rebanlagen die dominierende Ohrwurm-Art. Im Projektverlauf wurde der univoltine Entwicklungszyklus des Gemeinen Ohrwurms in pfälzischen Rebanlagen vollständig aufgeklärt. In der Vegetationsperiode beeinflussten die Intensität der Bodenbewirtschaftung mit der resultierenden Flächenbegrünung, die Bodenart, die Lufttemperatur, die Luftfeuchtigkeit und die Niederschlagsmenge die Befallsdichten am Rebstock signifikant. Der Ohrwurm-Befall in den Trauben war signifikant von der Kompaktheit und vom Gewicht der Trauben sowie dem Fäulnisanteil pro Traube und von eingewachsenen Rebblättern in den Trauben abhängig. Das Überwinterungs- und Brutverhalten wurde durch die Art und Weise der Bodenbewirtschaftung beeinflusst beziehungsweise gestört.rnLabor- und Freilandversuche haben gezeigt, dass F. auricularia Pilzpathogene wie die Graufäule (Botrytis cinerea PERSOON 1794) und den Pinselschimmel (Penicillium crustosum THOM 1930) auf gesunde Trauben überträgt. Ferner haben Fraßversuche ergeben, dass der Ohrwurm nur faule und vorgeschädigte Beeren anfressen kann und keine intakten Beeren verletzt. Durch analytische und sensorische Untersuchungen wurde festgestellt, dass Ohrwurm-Kot sensorische Fehltöne im Wein verursachen kann. Diese werden durch das im Kot enthaltene 2-Methyl-1,4-benzochinon hervorgerufen, das eine Komponente des arteigenen Abwehrsekrets ist. Da sich der Ohrwurm jahreszeitlich bedingt entweder im Boden oder am Rebstock aufhält, wurden befallsregulierende Maßnahmen im Boden- und Laubwandbereich der Rebanlage durchgeführt. Durch Tiefengrubbern mit Umbruch der Begrünung im Herbst und Frühjahr wurden die überwinternden Imagines und die Gelege geschädigt, so dass in der darauf folgenden Vegetationsperiode die Befallsdichten in der Laubwand geringfügig aber nicht signifikant abnahmen. Die während der Aufwanderungsphase der Ohrwürmer Ende Juni durchgeführte mechanische Störung der Begrünung reduzierte den Ohrwurm-Befall am Rebstock bis zu drei Wochen nach der Maßnahme signifikant. In der Laubwand der Rebstöcke wurden die Befallsdichten durch die Insektizide SpinTor (Wirkstoff Spinosad: 0,01%) und Steward® (Wirkstoff Indoxacarb: 0,0125 %) sowie sekundär durch partielles Entblättern der Laubwand dauerhaft bis zur Traubenlese reduziert. rn

Detection and molecular characterization of viruses infecting Actinidia spp.

Kiwifruit (genus Actinidia) is an important horticultural crop grown in the temperate regions. The four world’s largest producers are China, Italy, New Zealand and Chile. More than 50 species are recognized in the genus but the principal species in cultivation are A. deliciosa and A. chinensis. In Italy, as well as in many other countries, the kiwifruit crop has been considered to be relatively disease free and then no certification system for this species has been developed to regulate importation of propagation plant material in the European Union. During the last years a number of fungal and bacterial diseases have been recorded such as Botrytis cinerea and Pseudomonas syringae pv. actinidiae. Since 2003, several viruses and virus-like diseases have been identified and more recent studies demonstrated that Actinidia spp can be infected by a wide range of viral agents. In collaboration with the University of Auckland we have been detected thirteen different viral species on kiwifruit plants. During the three years of my PhD I worked on the characterization of Cucumber mosaic virus (CMV) and Pelargonium zonate spot virus (PZSV). The determination of causal agents has been based on host range, symptom expression in the test plant species and morphological properties of the virus particles using transmission electron microscopy (TEM) and using specific oligonucleotide primers in reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR). Both viruses induced several symptoms on kiwifruit plants. Moreover with new technologies such as high-throughput sequencing we detected additional viruses, a new member of the family Closteroviridae and a new member of the family Totiviridae. Taking together all results of my studies it is clear that, in order to minimize the risk of serious viral disease in kiwifruit, it is vital to use virus-free propagation material in order to prevent the spread of these viruses.

Aureobasidium pullulans as biological control agent: modes of action

The postharvest phase has been considered an environment very suitable for successful application of biological control agents (BCAs). However, the tri-interaction between fungal pathogen, host (fruit) and antagonist is influenced by several parameters such as temperature, oxidative stresses, oxygen composition, water activity, etc. that could be determining for the success of biocontrol. Knowledge of the modes of action of BCAs is essential in order to enhance their viability and increase their potentialities in disease control. The thesis focused on the possibility to explain the modes of action of a biological control agent (BCA): Aureobasidium pullulans, in particular the strains L1 and L8, control effective against fruit postharvest fungal pathogen. In particular in this work were studied the different modes of action of BCA, such as: i) the ability to produce volatile organic compounds (VOCs), identified by SPME- gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and tested by in vitro and in vivo assays against Penicillium spp., Botrytis cinerea, Colletotrichum acutatum; ii) the ability to produce lytic enzymes (exo and endo chitinase and β-1,3-glucanase) tested against Monilinia laxa, causal agent of brown rot of stone fruits. L1 and L8 lytic enzymes were also evaluated through their relative genes by molecular tools; iii) the competition for space and nutrients, such as sugars (sucrose, glucose and fructose) and iron; the latter induced the production of siderophores, molecules with high affinity for iron chelation. A molecular investigation was carried out to better understand the gene regulation strictly correlated to the production of these chelating molucules. The competition for space against M. laxa was verified by electron microscopy techniques; iv) a depth bibliographical analysis on BCAs mechanisms of action and their possible combination with physical and chemical treatments was conducted.

Seropositivity and Risk Factors Associated with Toxoplasma gondii Infection in Wild Birds from Spain

Toxoplasma gondii is a zoonotic intracellular protozoan parasite of worldwide distribution that infects many species of warm-blooded animals, including birds. To date, there is scant information about the seropositivity of T. gondii and the risk factors associated with T. gondii infection in wild bird populations. In the present study, T. gondii infection was evaluated on sera obtained from 1079 wild birds belonging to 56 species (including Falconiformes (n = 610), Strigiformes (n = 260), Ciconiiformes (n = 156), Gruiformes (n = 21), and other orders (n = 32), from different areas of Spain. Antibodies to T. gondii (modified agglutination test, MAT titer ≥1:25) were found in 282 (26.1%, IC95%:23.5–28.7) of the 1079 birds. This study constitute the first extensive survey in wild birds species in Spain and reports for the first time T. gondii antibodies in the griffon vulture (Gyps fulvus), short-toed snake-eagle (Circaetus gallicus), Bonelli's eagle (Aquila fasciata), golden eagle (Aquila chrysaetos), bearded vulture (Gypaetus barbatus), osprey (Pandion haliaetus), Montagu's harrier (Circus pygargus), Western marsh-harrier (Circus aeruginosus), peregrine falcon (Falco peregrinus), long-eared owl (Asio otus), common scops owl (Otus scops), Eurasian spoonbill (Platalea leucorodia), white stork (Ciconia ciconia), grey heron (Ardea cinerea), common moorhen (Gallinula chloropus); in the International Union for Conservation of Nature (IUCN) “vulnerable” Spanish imperial eagle (Aquila adalberti), lesser kestrel (Falco naumanni) and great bustard (Otis tarda); and in the IUCN “near threatened” red kite (Milvus milvus). The highest seropositivity by species was observed in the Eurasian eagle owl (Bubo bubo) (68.1%, 98 of 144). The main risk factors associated with T. gondii seropositivity in wild birds were age and diet, with the highest exposure in older animals and in carnivorous wild birds. The results showed that T. gondii infection is widespread and can be at a high level in many wild birds in Spain, most likely related to their feeding behaviour.

Hormographiella aspergillata keratomycosis in a dog

A 4-year-old, female, Border Collie was presented to the University of Bern Veterinary Teaching Hospital, because of a corneal lesion of 10 days duration. The axial cornea presented a whitish fluorescein-positive plaque with irregular margins. A diagnosis of keratomycosis was made based on cytology. Medical therapy with local broad-spectrum antibiotic and fluconazole was instituted. After 1 week of treatment, the improvement was deemed unsatisfactory. Therefore, a lamellar keratectomy and conjunctival pedicle flap were performed. After surgery, the cornea healed uneventfully. Histology confirmed the diagnosis of keratomycosis. The fungus could not be grown in culture and a precise etiological diagnosis could only be obtained with genetic identification of the fungus. A PCR technique was used to amplify the fungal genome from the cornea. Hormographiella aspergillata, the asexual reproductive form of the basidiomycete Coprinopsis cinerea, was identified. As advised in human medicine, we encourage the use of this molecular technique to obtain an early species diagnosis, allowing targeted medical therapy.