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Since the completion of the the Human genome project in 2003, the evident complexity of our genome and its regulation has only grown. The idea that having sequenced the human genome would solve this mystery was quickly discarded. With the decreasing costs of DNA sequencing, a plethora of new methods have evolved to further understand the role of non-coding regions of our genome, which makes up 98% its length. Genetic variations in these regions are therefore abundant in the human population, but their e ects are hard to characterize. Many non-coding variants have been linked to complex diseases such as cancer predisposition. This thesis aims to investigate the potential e ects of non-coding variants on drug toxicity, that is, how severe the adverse e ects of a drug are to the treated patients. More specifically it will study the effects of two cancer drugs, Gemcitabine and Carboplatin, on a set of 96 patients with lung cancer. To do this we use spatial data acquired by the promoter-targeting method HiCap as well as expression data obtained from blood cell lines. Using the variants obtained through whole genome sequencing of the patients, a supervised learning approach was attempted to predict the final toxicity experienced by the patients. The large number of variants present among the comparably few patients resulted in poor accuracy. The conclusion was drawn that the resolution of HiCap is too low compared to the density of variants in the non-coding regions. Additional data, such as transcription factor Chip-Seq data, and transcription factor motifs are needed to locate potentially contributing variants within the interactions. Sedan den första sekvenseringen av det mänskliga genomet 2003 har vår bild av vårt genom och hur det regleras bara blivit mer komplex. Iden om att ha tillgång till ett helt genom skulle losa detta mysterium förkastades snabbt. Med de sjunkande kostnaderna for sekvensering har ett brett utbud av nya metoder utvecklats for att bättre förstå de icke-kodande regionernas roll i v art genom. Då dessa regioner utgör98% av vårt DNA ar innehåller de stor variation bland det mänskliga släktet, men att förutsaga deras effekt är mycket svårt. Många icke-kodande variationer har kopplats till komplexa sjukdomar så som ökad risk för cancer.Denna uppsats syftar till att undersoka de potentiella effekterna av icke-kodande varianter på hur allvarliga biverkningar en patient får av en cancerbehandling. Närmare undersöks två mediciners, Gemcitabins och Carboplatins effekt på 96 lungcancerpatienter. För detta används spatial data samt genuttrycksdata från blodcellinjer.Med utgångspunkt från genetiska varianter bland patienternas sekvenserade genom testades övervakad inlärning för att förutsäga graden av biverkningar hos patienterna. Den stora mängden varianter som bärs av de förhållandevis få patienterna resulterade i låg träffsäkerhet hos prediktorn. Slutsatsen drogs att upplösningen av HiCap är för låg i jämförelse med den höga densiteten av varianter i icke-kodanderegioner. Mer data, så som Chip-Seq data från transkriptionsfaktorer samt deras specifika bindningsekvenser behövs för att lokalisera varianter inom en interaktion, som potentiellt skulle kunna påverka biverkningarna.

Pilze der Gattung Trichoderma (Hypocreales, Ascomycota) sind für den Menschen von besonderer Bedeutung aufgrund der Verwendung einzelner Arten in der Enzym produzierenden Biotechnologie, als biologische Pflanzenschutzmittel und Stimulatoren des Pflanzenwachstums in der Landwirtschaft, oder aber als Besiedler immunschwacher Menschen und Tiere. Gegenwärtig sind fast 400 Spezies bekannt, aber deren sichere Identifizierung ist schwierig. Ich habe mich daher in meiner Arbeit mit der Identifizierung der einzelnen Spezies sowie den möglichen Mechanismen der Artenbildung bei Trichoderma beschäftigt.Als ersten Schritt hierzu habe ich eine auf DNA-Sequenzanalyse beruhende Methode („DNA Barcoding“) entwickelt: zu diesem Zweck habe ich die DNA-Sequenzen dreier Barcode-Marker (ITS, tef1 und rpb2) aller Spezies verglichen, und eine bioinformatische Analysenmethode erarbeitet die eine sichere Speziesidentifizierung ermöglicht.Die Methode wurde in der Folge anhand nicht identifizierter Trichoderma Isolate aus einem Salzmarsch-Ökosystem an der Küste des Gelben Meers getestet und verifiziert, was auch zur Identifizierung und Beschreibung einer neuen Trichoderma Art – T. arenarium sp. nov. -führte. Im Zuge dieser Untersuchung konnten – als sekundärer „Benefit“ - auch zahlreiche Isolate gefunden werden welche als Bioeffektoren für die Pflanzenzucht auf salzreichen Böden geeignet sind.Die oben beschriebenen Ergebnisse zeigten aber auch dass die bei der Speziesbildung wirksamen Mechanismen in Trichoderma nur ungenügend bekannt sind. Ich habe daher in Weiterführung meiner Arbeit die Theorie aufgestellt dass die Speziesbildung in der Evolution von Genen für die Fitness im Ökosystem reflektiert sein müsste. Ich habe dies am Beispiel zweier Typen sogenannter “surface active, small secreted and cysteine rich” (saSSCPs) Proteine – der Hydrophobine (HFB) und der Ceratoplatanine (CPs) – analysiert. Meine Untersuchungen an T. harzianum und T. guizhouense zeigen dass die Funktion und Evolution der HFBs tatsächlich mit der Anpassung sympatrischer Spezies an ökologische Nischen korreliert. Im Falle der CPs konnte ich eine auf stabilisierender Selektion beruhende Evolution zeigen, was deren Rolle bei der Anpassung an das jeweilige Ökosystem verdeutlicht. Meine Arbeit hat daher einen neuen Weg zur Identifizierung von Trichoderma Arten aufgezeigt und darüber hinaus Mechanismen der Artenbildung entdeckt. Diese Befunde sind nicht nur für Trichoderma bedeutsam sondern können auch als Vorlage für ähnliche Untersuchungen bei anderen Pilzgattungen dienen., Fungi comprise one of the most diverse groups of eukaryotes on Earth. Nearly two thousand new species are described each year, while the number of known fungal species - approximately 150,000, is estimated to hardly excess only a few percent of the total diversity in this kingdom. The rapid growth of fungal taxonomy is escalated by the outstanding role that fungi play for humankind because new species may possess new properties. Fungi produce a rich spectrum of hydrolytic enzymes, surfactant proteins, and secondary metabolites that found their application in industry, pharmaceutics, and agriculture. Many fungi are valuable for food production; others are exploited as industrial cell factories to synthesize bioactive compounds or serve as models for cell biology research. Some biotrophic fungi can cause diseases in humans, and cattle or parasitize crops. Being ubiquitous in most ecosystems, fungi perform essential ecological processes as symbionts and decomposers. Fungi have a simple structure of their body that is either tubular (mycelium, or hyphae) or single-celled (spores, or yeasts). This morpho-anatomical organization frequently undergoes convergent evolution making the precise and accurate species identification required to predict their application or pathology-relevant properties challenging. In the first part of this thesis, we focused on the diversity, species delimitation, and molecular identification of nearly four hundred species of the plant-beneficial and industrially-relevant filamentous fungi from the genus Trichoderma (Hypocreales, Ascomycota). We compiled a complete inventory of all Trichoderma species and DNA barcoding materials deposited in public databases. We have then developed an authoritative guideline for molecular identification of Trichoderma that requires analysis of the three DNA barcodes (ITS, tef1, and rpb2) and supported it by several online tools. We then used all the whole-genome sequenced (WGS) Trichoderma strains to provide versatile, practical examples of Trichoderma DNA Barcoding, reveal methodological and theoretical shortcomings, and discuss possible ambiguities. The work provides an in-depth discussion of species concepts applied in Trichoderma taxonomy. We conclude that these fungi are particularly suitable for implementing integrative taxonomy that fuses DNA Barcoding and polyphasic phenotyping. Subsequently, we tested the applicability of the developed DNA Barcoding protocol on the collection of Trichoderma spp. strains isolated from the emerging salt marches on the Yellow Sea coastal tidal flat zones. This study resulted in the discovery of T. arenarium sp. nov. and other fungal bioeffectors suitable for biosaline agriculture. The above taxonomic studies and the review of the ecological genomics of the most industrially-relevant species of Trichoderma - T. reesei revealed the critical shortage of species recognition criteria in the genus and highlighted the theoretical shortcomings of our understanding of the speciation process in fungi. To overcome it, we have proposed that speciation can be reflected in the evolution of genes relevant to fungal fitness (ecological genetics). For this purpose, in the second part of the thesis, we optimized the toolbox for the genetic recombination of Trichoderma and reviewed the strain improvement techniques available for these fungi. Our previous study discovered that the highly surface-active small secreted cysteine-rich proteins (saSSCPs) – hydrophobins (HFBs), strongly influence the fitness of the two sister species from the Harzianum Clade of Trichoderma. It showed that HFB evolution and function analysis could reveal distinct adaptations of sympatric species to microecological niches. Therefore, in the third part of the thesis, we studied the other family of saSSCPs that are massively secreted by Trichoderma – cerato-platanins (CPs). The in silico analysis of 283 CPs from 157 fungal genomes revealed the long evolutionary history of CPs in Dikarya fungi that have undergone several lateral gene transfer events and multiple gene duplications. Three genes were maintained in the core genome of Trichoderma, while some species have up to four CP-encoding genes. However, the functional analysis of CPs revealed that only EPL1 is active at all development stages but plays a minor role in interactions with other fungi and bacteria. The deletion of this gene resulted in increased colonization of rhizosphere by Trichoderma spp. Similarly, the biochemical tests of the heterologously produced EPL1 by Pichia pastoris support the above claims. Overall, this study pointed to the evolutionary and functional paradox of CPs in fungi. The high diversity and stabilizing selection suggest their importance for the speciation process. In summary, the studies presented in this thesis provide the conceptual and methodological framework for establishing the integrative taxonomy of Trichoderma spp. that should rely on DNA Barcoding and consider the genetic background of ecological adaptations driving the evolution and speciation. We conclude that applying the polyphasic approach to species recognition in Trichoderma and other highly diverse genera of environmentally opportunistic fungi will finally resolve the conundrum of fungal taxonomy.

Non-coding RNAs (ncRNAs) present a diverse class of functional molecules inherent in virtually all forms of cellular life. Besides the canonical protein-encoding mRNAs the role of these abundant transcripts has been overlooked for decades. Defined by their highly conserved structure ncRNAs are resistant to degradation and perform various regulatory functions. Despite the poor sequence conservation, comparative genomics can be employed to identify homologous ncRNAs based on their structure in related species. Through the availability of next generation sequencing techniques, a rich corpus of datasets is available which grants a detailed look into cellular processes. The combination of genomic and transcriptomic data allows for a detailed understanding of molecular mechanism as well as characterization of individual gene functions and their evolution. However, analytical processing of modern high-throughput data is only made viable through optimized bioinformatic algorithms and reproducible automation pipelines. This thesis consists of four major parts highlighting the diverse roles of ncRNAs concerning the transcription process viewed from different vantage points. The first part concerns an unusually long untranslated region in Rhodobacter which harbors a ncRNA that regulates the expression of the downstream division cell wall cluster. Second, the degradation of 6S RNA in Bacillus subtilis is experimentally reconstructed to shed light on this final part of the RNA life cycle. This ncRNA is ubiquitous among bacteria and known to be a global transcription regulator itself. Next, the focus moves to the eukaryotic system and RNase P, an ancient ribozyme that is involved in tRNA maturation. Due to differences in composition with an optional RNA and multiple protein subunits, its phylogenetic distribution and deviant characteristics throughout the eukaryotic lineage are examined in order to trace its evolution. Finally, a diverse subgroup of non-translated RNAs are circRNAs which recently received increased attention due to their abundance in neural tissue. Resulting from post-transcriptional back-splicing events circRNAs compete with their host gene for expression. In a zoological study of social insects circRNA were for the first time identified in honeybees. The goal was to find task-related differences in circRNA expression between nurse bees and foragers and thus pinpoint potential functions of these elusive ncRNAs. The combination of genomic methods and transcriptomic data makes in-depth functional analysis of ncRNAs possible and enables us to understand the molecular mechanisms on multiple levels. Through structural predictions a riboswitch like transcriptional control of UpsM was revealed that is unique to Rhodobacteraceae. Transcriptomic analysis exposed that 6S RNA is primarily processed by RNase J1 for maturation and degraded at internal loops by RNase Y. Evolutionary comparison of organellar RNase P revealed that the RNA subunit is potentially less conserved than thought while organellar proteinonly variants are widespread potentially due to horizontal gene transfer. In the case of circRNA, an entire group of ncRNAs was characterized in the social model organism of honeybees and evidence of at least one gene where circRNA levels are significantly reduced during nurse-to-forager transition could be shown. Moreover, an unexpected link between elevated DNA methylation and RNA circularization was discovered. The bioinformatic findings in all of these cases provide a foundation for further experimental research and illustrate how scientific endeavors cannot be automated completely but require rigorous investigation with customized tools., Nicht-kodierende RNAs (ncRNAs) sind eine verbreitete Klasse von funktionellen Molekülen und praktisch in allen Formen zellulären Lebens anzutreffen. Neben kanonisch protein-enkodierenden mRNAs wurde die Rolle dieser stark vertretenen Transkripte allerdings lange übersehen. Primär definiert durch ihre hochkonservierte Struktur, erweisen sich ncRNAs als abbauresistent und fungieren auf diverse regulatorische Weisen. Trotz der schwach ausgeprägten Sequenzkonservierung, können homologe ncRNAs in anderen Spezies anhand von vergleichenden Methoden der Genomik identifiziert werden. Durch die allgegenwärtige Verfügbarkeit von Hochdurchsatz-Sequenzierungstechniken entstand ein reichhaltiger Datenschatz, der nun einen detaillierten Einblick in zelluläre Prozesse gewährt. Die Kombination aus genomischen und transkriptomischen Daten erlaubt ein besseres Verständnis von Mechanismen der Transkription, als auch eine funktionelle Charakterisierung einzelner Gene und deren evolutionären Herkunft. Eine analytische Prozessierung dieser riesigen Datenmengen ist dabei nur mit Hilfe optimierter bioinformatischer Algorithmen und Automatisierung einzelner Auswertungsschritte möglich. Um die verschiedenen funktionellen Rollen von ncRNAs aufzuzeigen, beinhaltet diese Arbeit vier verwandte Studien, die sich mit dem Transkriptionsprozess aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln auseinandersetzen. Die erste Studie befasst sich mit einem ungewöhnlich langen untranslatiertem Bereich vor dem Division Cell Wall Gencluster in Rhodobacter, der eine regulierende ncRNA enthält. Im zweiten Teil wurde die enzymatische Prozessierung und der Abbau von 6S RNA in Bacillus subtilis anhand von Trankriptomdaten analysiert, um diesen finalen Teil des RNA Lebenszyklus zu rekonstruieren. 6S RNA ist dabei selbst ein globaler transkriptorischer Regulator und weit verbreitet in Bakterien. Anschließend wird der Fokus auf das eukaryotische System und die ubiquitäre RNase P gelenkt, die für tRNA Prozessierung zuständig ist. Anhand von Unterschieden im Aufbau durch eine optionale RNA und mehreren möglichen Proteinuntereinheiten in Organellen werden die phylogenetische Verbreitung und Charakteristiken innerhalb der eukaryotischen Evolution untersucht. Abschließend werden circRNAs betrachtet, einer Spezies von ncRNA die erst kürzlich Interesse durch ihr gehäuftes auftreten in Neuronen auf sich zog. Sie werden post-transkritional durch Back-Splicing erzeugt und konkurrieren daher mit der Wirtsgenexpression. Als Teil einer zoologischen Studie in sozialen Insekten wurden circRNAs zum ersten Mal in Bienen identifiziert. Das Ziel dabei war es tätigkeitsabhängige Unterschiede in der Expression von circRNA zwischen Ammen und Sammlern zu finden und damit mögliche Funktionen dieser ncRNAs zu bestimmen. Erst die Kombination aus Methoden der Genomik mit transkriptomischen Daten ermöglicht in vielen Fällen eine funktionelle Analyse von ncRNA und erlaubt damit ein vielschichtiges Verständnis transkriptionaler Mechanismen. Es ist gelungen eine Riboswitch-ähnliche transkriptionelle Kontrolle durch UpsM nachzuweisen die einzigartig in Rhodobacteraceae ist. Außerdem zeigte sich, dass primär RNase J1 für die Maturierung von 6S RNA zuständig ist, während RNase Y den Abbau an internen Schleifen vorantreibt. Ein evolutionärer Vergleich der RNase P in eukaryotischen Organellen ergab, dass die RNA-Untereinheit teils stark unterschiedlich ausgeprägt und eine ausschließlich protein-basierte Variante potentiell durch horizontalen Gentransfer weitverbreitet ist. Mit circRNAs wurde eine ganze Gruppe an ncRNAs in dem sozialen Modellorganismus der Biene charakterisiert und mindestens ein Gen zeigte signifikante Expressionsreduktion im Übergang vom Ammen- zum Sammlerstadium. Zusätzlich wurde ein überraschender Zusammenhang zwischen erhöhter DNA-Methylierung und RNA-Zirkularisierung gefunden. Die bioinformatischen Befunde in diesen Studien stellen eine Grundlage für weiterführende Experimente dar und zeigen gleichzeitig, dass wissenschaftliche Untersuchungen nie vollständig automatisiert werden können, sondern gründlicher Analyse mit teils angepassten Methoden bedürfen.

Human pluripotent stem cells, with their ability to proliferate indefinitely and to differentiate into virtually all cell types of the human body, provide a novel resource to study human development and to implement relevant disease models. Here, we employed a human pancreatic differentiation platform complemented with an shRNA screen in human pluripotent stem cells (PSCs) to identify potential drivers of early endoderm and pancreatic development. Deep sequencing followed by abundancy ranking pinpointed six top hit genes potentially associated with either improved or impaired endodermal differentiation, which were selected for functional validation in CRISPR-Cas9 mediated knockout (KO) lines. Upon endoderm differentiation (DE), particularly the loss of SLC22A1 and DSC2 led to impaired differentiation efficiency into CXCR4/KIT-positive DE cells. qPCR analysis also revealed changes in differentiation markers CXCR4, FOXA2, SOX17, and GATA6. Further differentiation of PSCs to the pancreatic progenitor (PP) stage resulted in a decreased proportion of PDX1/NKX6-1-positive cells in SLC22A1 KO lines, and in DSC2 KO lines when differentiated under specific culture conditions. Taken together, our study reveals novel genes with potential roles in early endodermal development., publishedVersion

Die biomarkergesteuerte individualisierte Behandlung in der Onkologie hat in den letzten Jahren durch technologische Entwicklungen, neue therapeutische Modalitaten und ein tieferes Verstandnis der Molekularbiologie von Tumoren enorme Fortschritte erzielt. Trotz Weiterentwicklungen im Bereich blutbasierter Verfahren und auch molekularer Bildgebung fust sie im Wesentlichen noch auf der Gewebeanalyse. Neben klassischen In-situ-Methoden zur gewebebasierten Biomarkerbestimmung wie der Immunhistologie kommen zunehmend auch moderne Hochdurchsatztechnologien, insbesondere die massive parallele Sequenzierung, und andere Multiplexverfahren zum Einsatz. Die Entwicklungen der letzten Jahre haben zur Etablierung einer Vielzahl an diagnostischen, prognostischen und pradiktiven Biomarkern gefuhrt. Sie nutzen neben genomischen auch epigenomische, transkriptomische und proteomische Analyte, um Neoplasien diagnostisch zu kategorisieren sowie prognostisch und pradiktiv einzuordnen. Diese Entwicklungen werden in Deutschland von einem strikten, weltweit einzigartigen Qualitatssicherungssystem begleitet, das die reproduzierbare, flachendeckende und effiziente Umsetzung neuer Teststrategien sichert. Fur die Zukunft ist eine weitere Akzeleration in der Entwicklung valider onkologischer Biomarker zu erwarten, die es ermoglichen wird, uns schrittweise dem grosen Ziel einer vollstandig auf den einzelnen Patienten zugeschnittenen Tumortherapie immer starker anzunahern.

Bu çalışmada, daha önce yapılmış çalışmalarla morfolojik olarak tanımlanmış,konakçı spektrumu ve yapısal proteinleri belirlenmiş, restriksiyon fragmentanalizleri yapılmış 231-X10 fajının belirli bir genom bölgesinin dizi analiziyapılmıştır. Dizi analizi yapılmış olan bu bölgede 13 adet açık okumaçerçevesinin yani 13 farklı fonksiyonu kodlayan gen bölgesinin olabileceğiortaya çıkarılmıştır. Bu gen bölgelerinin faj DNA’sının replikasyonu, DNA’nınpaketlenmesi, kapsid ve kuyruk yapısının oluşumundan sorumlu proteinlerikodladığı belirlenmiştir. 231-X10 fajınaait bu genom bölgesi tarafından kodlanan proteinlerin aminoasit bazındacos-tipi DNA paketleme mekanizmasına sahip fajlarla yüksek benzerlik gösterdiğitespit edilmiş ve dolayısıyla bu fajın da cos-tipi olabileceği sonucunavarılmıştır. Yapılan bu incelemeler sonucunda S. thermophilus fajlarının ortak bir atadan geldiği, noktamutasyonlar, küçük eklemeler ve kayıplar ile evrimleştikleri düşüncesidesteklenmiştir., In this study,the partial genomic sequencing of S.thermophilus 231-X10 phage was carried out. 231-X10 was identifiedmorphologically, and its host spectrum, structural proteins and restrictionanalysis have also been completed in previous studies. Thirteen different openreading frames that was coded by thirteen genes were detected in that partialgenome. These genes are responsible for DNA replication, DNA packaging and theformation of capsid and tail structure. The proteins that are encoded by thegenomic region of 231-X10 phage have been found to show high similaritiesbetween the phages which have cos-type DNA packaging mechanism on the basis ofamino acids. Thus, it is concluded that the 231-X10 phage might also becos-type. As a result of these investigations, it is supported the idea that S. thermophilus phages come from acommon ancestor and evolved with point mutations, small additions anddeletions.

Die neuen Möglichkeiten, Programme aller einzelnen Zellen eines gesamten Organismus zu erfassen, revolutionieren derzeit die biologische Grundlagenforschung und eröffnen weitreichende Perspektiven für eine moderne personenorientierte und digitalisierte Medizin. In der Stellungnahme der IAG erörtern namhafte Experten und Expertinnen die technischen und biologischen Grundlagen von Einzelzellanalysen und deren konkreten Einsatz für die klinische Anwendung, z. B. für die Krebs-Präzisionsmedizin. Die Mitglieder der IAG sehen in der Einzelzellanalytik eine zukunftsweisende Schlüsseltechnologie für die Biologie und Medizin mit großen wissenschaftlichen und gesellschaftlichen Implikationen. In den gemeinsam erarbeiteten Handlungsempfehlungen für den Umgang mit Einzelzelltechnologien und daraus hervorgehenden Einzelzelldaten betonen sie die Bedeutung des Forschungsgebietes und die Notwendigkeit der Entwicklung von wissenschaftlichen Standards für die kommende breite klinische Anwendung.

Bei Einzelzellanalysen handelt es sich um eine Vielzahl von Analysemethoden, denen gemeinsam ist, dass sie nicht wie bisher nur an Zellverbänden, Gruppen von Zellen, Geweben und Organen, sondern auch an einzelnen Zellen durchgeführt werden. Das Feld birgt großes Potenzial für die Biomedizin.

Bei Einzelzellanalysen handelt es sich um eine Vielzahl von Analysemethoden, denen gemeinsam ist, dass sie nicht wie bisher nur an Zellverbänden, Gruppen von Zellen, Geweben und Organen, sondern auch an einzelnen Zellen durchgeführt werden. Das Feld birgt großes Potenzial nicht nur für die Grundlagenforschung, sondern auch für medizinische und biotechnologische Anwendungen, da neue Ebenen kontext- und personenbezogener Interpretation biologischer Zusammenhänge erschlossen werden. Die vorliegende Broschüre zur Einzelzellanalyse gibt einen Überblick über die neuen Möglichkeiten aus den Perspektiven der Entwicklungsbiologie, Biomedizin und Bioinformatik und greift mögliche gesellschaftliche Implikationen und Konsequenzen auf.

Der Europäische Gerichtshof hat im Juli 2018 entschieden, dass alle Organismen, die durch Verfahren der Genomeditierung wie CRISPR-Cas verändert wurden, unter die rechtlichen Regelungen für „genetisch veränderte Organismen“ (GVO) fallen. Dies erschwert die Erforschung, die Entwicklung und den Anbau verbesserter Nutzpflanzen, die für eine produktive, klima-angepasste und nachhaltigere Landwirtschaft dringend erforderlich sind. Darauf weisen die Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina, die Union der deutschen Akademien der Wissenschaften und die Deutsche Forschungsgemeinschaft in der Stellungnahme hin. Die pauschale rechtliche Einstufung als GVO berücksichtige nicht, welche Art der genetischen Veränderung im genomeditierten Organismus vorliegt. Dieser vorrangig verfahrensbezogene Regelungsansatz sei rational nicht zu begründen, kritisieren Wissenschaftsakademien und DFG. Sie geben Empfehlungen, wie das europäische Gentechnikrecht kurzfristig novelliert und langfristig komplett neugestaltet werden kann. Mittels Genomeditierung können verbesserte Nutzpflanzen schneller und zielgerichteter gezüchtet werden als bisher. Die Veränderungen, die die neuen Sorten im Erbgut tragen, könnten jedoch häufig auch zufällig oder durch konventionelle Züchtungsmethoden entstehen. Zudem kann der Ursprung der genetischen Veränderung häufig keinem Züchtungsverfahren zugeordnet werden. Die pauschale Einordnung genomeditierter Pflanzensorten als GVO ist deswegen unbegründet und unpraktikabel, unterstreichen die Wissenschaftsakademien und die DFG in ihrer Stellungnahme „Wege zu einer wissenschaftlich begründeten differenzierten Regulierung genomeditierter Pflanzen in der EU“. Sie plädieren für Regulierungs- und Zulassungsverfahren, die an die jeweilige Veränderung im Produkt angepasst sind. Von der Entscheidung des Europäischen Gerichtshofes betroffen sind weltweit bereits mehr als 100 bekannte und (potenziell) marktfähige genomeditierte Nutzpflanzensorten, die Vorteile für Ernährung und Landwirtschaft aufweisen. Dazu gehören Sojabohnen mit gesünderen Fettsäuren, glutenreduzierter Weizen, bakterienresistenter Reis, pilzresistente Sorten von Wein, Weizen und Kakao sowie trockentolerantere Sorten von Mais, Weizen und Sojabohnen. In vielen Staaten außerhalb der Europäischen Union werden genomeditierte Pflanzen, die keine artfremde genetische Information enthalten, von GVO-bezogenen Regelungen ausgenommen. Leopoldina, Akademienunion und DFG formulieren in ihrer Stellungnahme Empfehlungen, um eine wissenschaftlich begründete Regulierung genomeditierter Pflanzen in der EU zu erreichen. Unter anderem empfehlen sie die Novellierung des Europäischen Gentechnikrechtes. So sollte als kurzfristige Maßnahme die GVO-Definition dahingehend überarbeitet werden, dass genomeditierte Pflanzen nicht als GVO gelten, wenn keine artfremde genetische Information enthalten ist – in Analogie zu mit konventionellen Züchtungsmethoden veränderten Pflanzen. Ebenso sollte es sich nicht um einen GVO handeln, wenn eine Kombination von genetischen Informationen vorliegt, die sich auch auf natürliche Weise oder mit konventionellen Züchtungsmethoden ergeben könnte. Langfristig sei aber nur ein völlig neuer Rechtsrahmen konsequent, heißt es in der Stellungnahme. Dieser sollte bei der Beurteilung von Risiken für Mensch und Umwelt nicht auf die Verfahren abstellen, mit denen neue Sorten erzeugt werden, sondern auf deren neuartige Merkmale. Die Wissenschaftsakademien und die DFG plädieren zudem für eine Erleichterung von Freilandforschung. Diese sei für die Forschung sehr wichtig, etwa um genetische Grundlagen von wichtigen Eigenschaften wie Salz-, Dürre- und Hitzetoleranz besser zu verstehen. In der Stellungnahme wird darauf hingewiesen, dass weitere Initiativen unternommen werden müssen, um Verbraucherinnen und Verbraucher über unterschiedliche Züchtungsverfahren und deren Produkte zu informieren. Auf dieser Grundlage und unterstützt durch ein einheitliches System der Kennzeichnung von Produkten sollen die Menschen informierte Kaufentscheidungen treffen. Die Wissenschaftsakademien und die DFG weisen darauf hin, dass genomeditierte Pflanzensorten einen Beitrag leisten können, Ressourcenprobleme zu lösen und nachhaltige Landwirtschaft zu betreiben. Die Erzeugung neuer Sorten mittels Genomeditierung sei außerdem aufgrund geringer Kosten und hoher Effizienz auch für kleinere und mittlere Unternehmen (KMU) nutzbar. Voraussetzung dafür, dass diese Chance ergriffen wird, ist aber eine differenzierte Anpassung rechtlicher Regelungen für die Erforschung und Zulassung der so erzeugten Pflanzensorten, heißt es in der Stellungnahme.

In July 2018, the European Court of Justice ruled that the legal regulations for genetically modified organisms (GMOs) apply to all organisms which have been altered using genome editing methods such as CRISPR-Cas. This makes it difficult to study, develop and cultivate improved crops which are urgently needed for productive, climate-adapted and more sustainable agriculture. The National Academy of Sciences Leopoldina, the Union of the German Academies of Sciences and Humanities, and the German Research Foundation (DFG) released a public statement to raise awareness of this issue. They point out that this blanket legal classification of GMOs does not take into account what type of genetic modification is present in a given organism. In the eyes of the science academies and the DFG, this primarily process-based regulatory approach has no rational justification. They have offered recommendations on how European genetic engineering legislation can be amended as a short-term solution and completely renewed in the long term. By means of genome editing, improved crops can be bred more quickly and targeted than ever before. Nonetheless, many of the modifications that the new varieties carry in their genetic makeup could also emerge randomly or via conventional breeding methods. Oftentimes, it is impossible to attribute the origin of the genetic modification to any breeding method at all. In their statement entitled “Towards a scientifically justified, differentiated regulation of genome edited plants in the EU”, the science academies and the DFG stress that the blanket classification of genome edited plants as GMOs is thus unjustified and impracticable. They advocate for regulation and authorisation processes which are specifically adapted to each individual modification. Worldwide, the European Court of Justice’s decision affects more than 100 known and (potentially) marketable gene-edited crops offering nutritional and agricultural advantages. These include soya beans with healthier fatty acids, reduced-gluten wheat, bacteria-resistant rice, and mould-resistant types of wine grape, wheat and cacao, as well as drought-tolerant strains of corn, wheat and soya beans. Many countries outside of the European Union have chosen to exclude gene-edited plants, which do not contain genetic information which is foreign to the species, from GMO-specific regulations. In their joint statement, the Leopoldina, the Union of German Academies and the DFG have drafted recommendations for ensuring science-based regulation of genome edited plants in the EU. These recommendations include the amendment of European genetic engineering legislation. As a short-term measure, the definition of GMOs should be revised so that genome edited organisms are no longer considered GMOs ‒ analogous to plants modified with conventional breeding methods – unless they contain genetic information, which is foreign to the species. Likewise, combinations of genetic information which could also occur in nature or via conventional breeding methods should not be included in the classification of a GMO. However, the statement says that the only viable long-term solution would be to establish a completely new legal framework. In assessing the risks involved for humanity and the environment, the new framework should not focus on the processes in which new plant varieties are created, but rather on their new traits. Furthermore, the science academies and the DFG are calling for the facilitation of field trials. They believe this is critical, for instance to gain a better understanding of the genetic basis of important attributes such as tolerance to heat, salt and drought. In their statement, the organisations also mention that other initiatives must be pursued to inform consumers about different breeding methods and the resulting products. This knowledge – as well as a consistent system of product labelling – should enable people to make informed decisions about what they purchase. The science academies and the DFG also point out that genome edited plant varieties can help alleviate shortages of resources and support sustainable agricultural practices. Moreover, they say that the creation of new varieties by way of genome editing is a viable option even for small and medium-sized enterprises (SMEs) on account of the technique’s low costs and high efficiency. But the statement highlights that taking advantage of these opportunities would require a differentiated adjustment of the legal regulations for research and approval of the plant varieties created.

Der Europäische Gerichtshof hat im Juli 2018 entschieden, dass alle Organismen, die durch Verfahren der Genomeditierung wie CRISPR-Cas verändert wurden, unter die rechtlichen Regelungen für „genetisch veränderte Organismen“ (GVO) fallen. Dies erschwert die Erforschung, die Entwicklung und den Anbau verbesserter Nutzpflanzen, die für eine produktive, klima-angepasste und nachhaltigere Landwirtschaft dringend erforderlich sind. Darauf weisen die Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina, die Union der deutschen Akademien der Wissenschaften und die Deutsche Forschungsgemeinschaft in der Stellungnahme hin. Die pauschale rechtliche Einstufung als GVO berücksichtige nicht, welche Art der genetischen Veränderung im genomeditierten Organismus vorliegt. Dieser vorrangig verfahrensbezogene Regelungsansatz sei rational nicht zu begründen, kritisieren Wissenschaftsakademien und DFG. Sie geben Empfehlungen, wie das europäische Gentechnikrecht kurzfristig novelliert und langfristig komplett neugestaltet werden kann. Mittels Genomeditierung können verbesserte Nutzpflanzen schneller und zielgerichteter gezüchtet werden als bisher. Die Veränderungen, die die neuen Sorten im Erbgut tragen, könnten jedoch häufig auch zufällig oder durch konventionelle Züchtungsmethoden entstehen. Zudem kann der Ursprung der genetischen Veränderung häufig keinem Züchtungsverfahren zugeordnet werden. Die pauschale Einordnung genomeditierter Pflanzensorten als GVO ist deswegen unbegründet und unpraktikabel, unterstreichen die Wissenschaftsakademien und die DFG in ihrer Stellungnahme „Wege zu einer wissenschaftlich begründeten differenzierten Regulierung genomeditierter Pflanzen in der EU“. Sie plädieren für Regulierungs- und Zulassungsverfahren, die an die jeweilige Veränderung im Produkt angepasst sind. Von der Entscheidung des Europäischen Gerichtshofes betroffen sind weltweit bereits mehr als 100 bekannte und (potenziell) marktfähige genomeditierte Nutzpflanzensorten, die Vorteile für Ernährung und Landwirtschaft aufweisen. Dazu gehören Sojabohnen mit gesünderen Fettsäuren, glutenreduzierter Weizen, bakterienresistenter Reis, pilzresistente Sorten von Wein, Weizen und Kakao sowie trockentolerantere Sorten von Mais, Weizen und Sojabohnen. In vielen Staaten außerhalb der Europäischen Union werden genomeditierte Pflanzen, die keine artfremde genetische Information enthalten, von GVO-bezogenen Regelungen ausgenommen. Leopoldina, Akademienunion und DFG formulieren in ihrer Stellungnahme Empfehlungen, um eine wissenschaftlich begründete Regulierung genomeditierter Pflanzen in der EU zu erreichen. Unter anderem empfehlen sie die Novellierung des Europäischen Gentechnikrechtes. So sollte als kurzfristige Maßnahme die GVO-Definition dahingehend überarbeitet werden, dass genomeditierte Pflanzen nicht als GVO gelten, wenn keine artfremde genetische Information enthalten ist – in Analogie zu mit konventionellen Züchtungsmethoden veränderten Pflanzen. Ebenso sollte es sich nicht um einen GVO handeln, wenn eine Kombination von genetischen Informationen vorliegt, die sich auch auf natürliche Weise oder mit konventionellen Züchtungsmethoden ergeben könnte. Langfristig sei aber nur ein völlig neuer Rechtsrahmen konsequent, heißt es in der Stellungnahme. Dieser sollte bei der Beurteilung von Risiken für Mensch und Umwelt nicht auf die Verfahren abstellen, mit denen neue Sorten erzeugt werden, sondern auf deren neuartige Merkmale. Die Wissenschaftsakademien und die DFG plädieren zudem für eine Erleichterung von Freilandforschung. Diese sei für die Forschung sehr wichtig, etwa um genetische Grundlagen von wichtigen Eigenschaften wie Salz-, Dürre- und Hitzetoleranz besser zu verstehen. In der Stellungnahme wird darauf hingewiesen, dass weitere Initiativen unternommen werden müssen, um Verbraucherinnen und Verbraucher über unterschiedliche Züchtungsverfahren und deren Produkte zu informieren. Auf dieser Grundlage und unterstützt durch ein einheitliches System der Kennzeichnung von Produkten sollen die Menschen informierte Kaufentscheidungen treffen. Die Wissenschaftsakademien und die DFG weisen darauf hin, dass genomeditierte Pflanzensorten einen Beitrag leisten können, Ressourcenprobleme zu lösen und nachhaltige Landwirtschaft zu betreiben. Die Erzeugung neuer Sorten mittels Genomeditierung sei außerdem aufgrund geringer Kosten und hoher Effizienz auch für kleinere und mittlere Unternehmen (KMU) nutzbar. Voraussetzung dafür, dass diese Chance ergriffen wird, ist aber eine differenzierte Anpassung rechtlicher Regelungen für die Erforschung und Zulassung der so erzeugten Pflanzensorten, heißt es in der Stellungnahme., In July 2018, the European Court of Justice ruled that the legal regulations for genetically modified organisms (GMOs) apply to all organisms which have been altered using genome editing methods such as CRISPR-Cas. This makes it difficult to study, develop and cultivate improved crops which are urgently needed for productive, climate-adapted and more sustainable agriculture. The National Academy of Sciences Leopoldina, the Union of the German Academies of Sciences and Humanities, and the German Research Foundation (DFG) released a public statement to raise awareness of this issue. They point out that this blanket legal classification of GMOs does not take into account what type of genetic modification is present in a given organism. In the eyes of the science academies and the DFG, this primarily process-based regulatory approach has no rational justification. They have offered recommendations on how European genetic engineering legislation can be amended as a short-term solution and completely renewed in the long term. By means of genome editing, improved crops can be bred more quickly and targeted than ever before. Nonetheless, many of the modifications that the new varieties carry in their genetic makeup could also emerge randomly or via conventional breeding methods. Oftentimes, it is impossible to attribute the origin of the genetic modification to any breeding method at all. In their statement entitled “Towards a scientifically justified, differentiated regulation of genome edited plants in the EU”, the science academies and the DFG stress that the blanket classification of genome edited plants as GMOs is thus unjustified and impracticable. They advocate for regulation and authorisation processes which are specifically adapted to each individual modification. Worldwide, the European Court of Justice’s decision affects more than 100 known and (potentially) marketable gene-edited crops offering nutritional and agricultural advantages. These include soya beans with healthier fatty acids, reduced-gluten wheat, bacteria-resistant rice, and mould-resistant types of wine grape, wheat and cacao, as well as drought-tolerant strains of corn, wheat and soya beans. Many countries outside of the European Union have chosen to exclude gene-edited plants, which do not contain genetic information which is foreign to the species, from GMO-specific regulations. In their joint statement, the Leopoldina, the Union of German Academies and the DFG have drafted recommendations for ensuring science-based regulation of genome edited plants in the EU. These recommendations include the amendment of European genetic engineering legislation. As a short-term measure, the definition of GMOs should be revised so that genome edited organisms are no longer considered GMOs ‒ analogous to plants modified with conventional breeding methods – unless they contain genetic information, which is foreign to the species. Likewise, combinations of genetic information which could also occur in nature or via conventional breeding methods should not be included in the classification of a GMO. However, the statement says that the only viable long-term solution would be to establish a completely new legal framework. In assessing the risks involved for humanity and the environment, the new framework should not focus on the processes in which new plant varieties are created, but rather on their new traits. Furthermore, the science academies and the DFG are calling for the facilitation of field trials. They believe this is critical, for instance to gain a better understanding of the genetic basis of important attributes such as tolerance to heat, salt and drought. In their statement, the organisations also mention that other initiatives must be pursued to inform consumers about different breeding methods and the resulting products. This knowledge – as well as a consistent system of product labelling – should enable people to make informed decisions about what they purchase. The science academies and the DFG also point out that genome edited plant varieties can help alleviate shortages of resources and support sustainable agricultural practices. Moreover, they say that the creation of new varieties by way of genome editing is a viable option even for small and medium-sized enterprises (SMEs) on account of the technique’s low costs and high efficiency. But the statement highlights that taking advantage of these opportunities would require a differentiated adjustment of the legal regulations for research and approval of the plant varieties created., Schriftenreihe zur wissenschaftsbasierten Politikberatung: Stellungnahme

Karasal aktinomisetler yeni biyoaktif bileşiklerin keşfi için önemli kaynaklardan biridir. Bu çalışmada, izolasyonu ve teşhisi daha önce yapılmış olan lokal Strepromyces izolatlarının biyoaktif doğal ürün üretme kapasitelerini bulmak için genomik ve metabolomik yaklaşımlar kullanıldı. 6 Streptomyces izolatı (AA50, AS41, BA2, BS40, CA17 ve CAH29) modifiye edilen üç farklı besiyerinde üretildi ve metabolitler farklı çözücüler kullanılarak ekstrakte edildi. Bu metabolitlerin patojen bakteriler ve C. albicans’a karşı antimikrobiyal aktiviteleri saptandı. Mikrobiyal organik ekstraktların denenen tüm test organizmalarına karşı yüksek oranda antimikrobiyal aktivite gösterdiği tespit edildi. Geniş spektrum ve yüksek zon çapı açısından en iyi aktiviteye GYM besiyerinde üretilen izolatların ekstraktlarında rastlandı. Streptomyces’ların ürettikleri metabolitlerin analizi için sıvı kromatografisi-ikili kütle spektroskopisi (LC-MS/MS) kullanıldı. İzolatların üretmiş oldukları metabolitlerin kimyasal özellikleri ve ilişkili oldukları metabolik yolakların tespit edilmesiyle, bu metabolitlerin dereplikasyonu ve kesin olmayan identifikasyonları değerlendirildi. Dereplikasyon analizleri sonucunda; lyngbyatoxin A, aktinomycin D, enterocin, alteramide B, malyngamide K ve bouillonamide B gibi önemli biyoaktif doğal ürünlerin varlığı ortaya kondu. Genom analizi ile Streptomyces sp. BA2 genomunda; poliketid sentaz (PKS), ribosomal olmayan peptid sentetaz (NRPS), terpen, ektoin, indol, lantibiyotik ve sideroforlar gibi farklı doğal ürünleri sentezleyebilme potansiyeline sahip ve kaydadeğer çeşitlilikte biyosentetik gen kümeleri tespit edildi. Daha da önemlisi, glikogenomik stratejisi kullanılarak, Streptomyces sp. BA2’nin kültür ortamında yeni bir glikolize bileşiğe ve bu bileşiğin sentezinden sorumlu olduğu düşünülen PKS-II bütirilakton gen kümesine ulaşıldı. Anahtar Kelimeler: Aktinomisetler, Streptomyces, Doğal ürünler, Kütle spektrometresi, Mrtabolomik, GNPS, Sekonder Metabolitler, Genomik, Genom Madenciliği. Terrestrial actinomycetes are an important source to discovery novel bioactive compounds. In this study, the previously isolated and identified rhizosphere Streptomyces strains were screened to explore the bioactive natural product capacity by using genomics and metabolomics approaches. The six Streptomyces strains (AA50, AS41, BA2, BS40, CA17 and CAH29) were cultivated in three modified culture media and metabolites were extracted by using different organic solvents. The antimicrobial activity was determined against to pathogen bacteria and C. albicans. The microbial organic extracts had high antibacterial activities against to all tested microbes. The highest antimicrobial activity in terms of high zone diameter and wide spectrum was obtained from culture extracts of GYM medium for all organisms. Metabolic profiling was performed by a non-targeted LC-MS/MS approach. Dereplication and tentative identification of natural products were evaluated for common chemical properties and their associated pathways. Significant bioactive natural products such as lyngbyatoxin A, actinomycin D, enterocin, alteramide B, malyngamide K and bouillonamide B were determined. The genome of Streptomyces sp. BA2 was prospected in search of biosynthetic gene clusters including polyketide synthase (PKS), nonribosomal peptide synthetase (NPRS), terpene, ectoin, indole, lantibiotics, and siderophores. It has been determined the considerable diversity of natural product biosynthetic gene clusters in its genome. More importantly, according to the glycogenomics study, an unknown glycosylated compound associated with a PKS-II butyrolactone gene cluster was established through chemical and genomic analyses. Keywords: Actinomycetes, Streptomyces, Natural Products, Mass Spectrometry, Metabolomics, GNPS, Secondary Metabolites, Genomics, Genome mining. Bu çalışma Dicle Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Komisyonu (DÜBAP proje no : FEN.17.016) tarafından maddi olarak desteklenmiştir.

With the rapid increase of sequenced metazoan mitochondrial genomes, a detailed manual annotation is becoming more and more infeasible. While it is easy to identify the approximate location of protein-coding genes within mitogenomes, the peculiar processing of mitochondrial transcripts, however, makes the determination of precise gene boundaries a surprisingly difficult problem. We have analyzed the properties of annotated start and stop codon positions in detail, and use the inferred patterns to devise a new method for predicting gene boundaries in de novo annotations. Our method benefits from empirically observed prevalances of start/stop codons and gene lengths, and considers the dependence of these features on variations of genetic codes. Albeit not being perfect, our new approach yields a drastic improvement in the accuracy of gene boundaries and upgrades the mitochondrial genome annotation server MITOS to an even more sophisticated tool for fully automatic annotation of metazoan mitochondrial genomes. PMC6847864

Cardiovascular disease (CVD) is still the leading cause of death in all western world countries and genetic predisposition in combination with traditional risk factors frequently mediates their manifestation. Genome-wide association (GWA) studies revealed numerous potentially disease modifying genetic loci often including several SNPs and associated genes. However, pure genetic association does not prove direct or indirect relevance of the modifier region on pathogenesis, nor does it define within the associated region the exact genetic driver of the disease. Therefore, the relevance of the identified genetic disease associations needs to be confirmed either in monogenic traits or in experimental in vivo model system by functional genomic studies. In this review, we focus on the use of functional genomic approaches such as gene knock-down or CRISPR/Cas9-mediated genome editing in the zebrafish model to validate disease-associated genomic loci and to identify novel cardiovascular disease genes. We summarize the benefits of the zebrafish for cardiovascular research and highlight examples demonstrating the successful combination of GWA studies and functional genomics in zebrafish to broaden our knowledge on the genetic and molecular underpinnings of cardiovascular diseases.

Kurzfassung Ungleich der meisten Pilze sind Schimmelpilze der Gattung Trichoderma (Hypocreales, Ascomycota) aggressive Parasiten anderer Pilze sowie effiziente Zersetzer pflanzlicher Biomasse. Obgleich Nahrungsver��nderungen in der Gattung der hypocrealen Pilze g��ngig sind, gibt es keine Beispiele f��r diese umfassenden Substrat-Vielseitigkeit in Trichoderma. Viele der Trichoderma Spezies werden als Biod��nger und Biofungizide verwendet; T. Reesei dient als Modellorganismus in der industriellen Produktion zellulolytischer Enzyme. Au��erdem verw��sten manche opportunistische Spezies Pilzfarmen und k��nnen so als Krankheitserreger dem Menschen gef��hrlich werden. Aus diesem Grund ist es erforderlich die immer gr����ere Relevanz der ubiquit��ren Pilzgattung Trichoderma sowohl in ihrer Biologie als auch Evolution zu verstehen. Eine vergleichende Analyse der drei ersten Genome hat ergeben, dass Mycoparasitismus eine angeborene Eigenschaft Trichodermas ist. Allerdings ist die Entwicklung anderer Eigenschaften weiterhin noch nicht entschl��sselt. Wir haben die am h��ufigsten vorkommenden Trichoderma Spezies ausgew��hlt und ihre genomische Entwicklung untersucht. Eine phylogenomische Untersuchung 23 hypocrealer Pilze (einschlie��lich neun Trichoderma spp. Sowie dem Verwandten Escovopsis weberi) hat ergeben, dass die Gattung Trichoderma und E. Weberi von einem gemeinsamen Vorfahren, welcher limitierte zellulolytische F��higkeiten hatte und sich von anderen Pilzen oder Arthropoden ern��hrte, abstammen. Weiters litt das Escovopsis weberi Genom unter extensivem Genverlust, wodurch seine kohlehydrat-aktiven Enzyme dezimiert wurden. Die evolution��re Analyse des Trichoderma Gens, welches f��r Pflanzenzellwand abbauende, kohlehydrataktive Enzyme sowie f��r Hilfsproteine (pcwdcazome, 122 Genfamilien) codiert basierend auf einer Genbaum/Spezies ��bereinstimmung - hat bewiesen, dass die Entstehung der Gattung durch bisher unbekanntes Ausma�� an lateralem Gentransfer (lateral gene transfer, LGT) einhergegangen ist. Nahezu die H��lfte der Gene im Trichoderma pcwdcazome (47%) wurden durch LGT pflanzennaher filament��ser Pilze, welche diversen Klassen der Ascomycota angeh��ren, erhalten, w��hrend kein LGT von anderen potentiellen Spendern beobachtet werden konnte. Zus��tzlich zu der F��higkeit sich von nicht verwandten Pilzen (wie beispielsweise Basidiomycota) zu ern��hren, k��nnen wir au��erdem zeigen, dass Trichoderma in der Lage ist, Endoparasitismus an einer breiten Auswahl an Ascomycota, inklusive vorhandenen LGT Spendern, zu betreiben. Dieses Ph��nomen konnte jedoch nicht bei E. Weberi und nur sehr selten bei anderen mycoparasitischen hypocrealean Pilzen beobachtet werden. Dementsprechend schl��gt unsere Studie vor, dass LGT im Zusammenhang mit Trichodermas F��higkeit, von taxonomisch verwandten Pilzen (genau genommen bis hin zu Adelphoparasitismus) zu schmarotzen, steht. Das k��nnte dazu gef��hrt haben, dass der prim��r mycotrophische Pilz Trichoderma sich zu einem Pflanzenbiomasseverwerter entwickelt hat. Die Beurteilung des gesamten Proteoms bez��glich lgts best��tigt, dass diese Art von starkem LGT speziell auf das pcwdcazome zutrifft und nicht auf andere Genfamilien. Die Entwicklung Trichodermas hat in der Zeit des kreidezeitlich-Pal��ogenen Aussterbens vor 66 (15) Millionen Jahren stattgefunden; die Entstehung der noch vorhandenen taxonomical sections (Longibrachiatum und Trichoderma) sowie Kladen (Harzianum/Virens) geschah im Oligoz��n. Die Evolution der Harzianum Klade und des Bereichs der Trichoderma wurde von signifikantem Genzuwachs begleitet; der Vorfahre der Sektion Longibrachiatum jedoch durchlief rapiden Genverlust. Ankyrine sind die Gene, welche dabei am h��ufigsten erlangt wurden. Die evolution��re Analyse der Ankyrin-Dom��nen beinhaltenen Proteine, welche im Zuge dieser Doktorarbeit durchgef��hrt wurde, hat gezeigt, dass sie au��erdem h��ufig in ���Orphomes��� in allen Trichoderma Spezies vorkommen. Bei etwa der H��lfte der Trichoderma ankyrome handelt es sich um ���orphan���-Proteine. Die erlangten Daten, welche in dieser Dissertation pr��sentiert werden, geben Einblick in die evolution��ren Mechanismen des Mykoparasiten Trichoderma und dessen Entwicklung zu einem Generalisten., Unlike most other fungi, molds of the genus Trichoderma (Hypocreales, Ascomycota) are aggressive parasites of other fungi and efficient decomposers of plant biomass. Although nutritional shifts are common among hypocrealean fungi, there are no examples of such broad substrate versatility as that observed in Trichoderma. Many Trichoderma species are used as biofertilizers and biofungicides, and T. Reesei is the model organism for industrial production of cellulolytic enzymes. In addition, some highly opportunistic species devastate mushroom farms and become pathogens of humans. Thus, the growing importance of the ubiquitous fungal genus Trichoderma requires understanding its biology and evolution. A comparative analysis of the first three genomes revealed mycoparasitism as an innate feature of Trichoderma. However, the evolution of other traits remained not understood. We selected most commonly occurring Trichoderma species and studied the evolution of their genomes. A phylogenomic analysis of 23 hypocrealean fungi (including nine Trichoderma spp. And the related Escovopsis weberi) revealed that the genus Trichoderma and E. Weberi has evolved from an ancestor with limited cellulolytic capability that fed on either fungi or arthropods. Further, the genome of Escovopsis weberi has undergone extensive gene loss and became depleted in carbohydrate-active enzymes. The evolutionary analysis of Trichoderma genes encoding plant cell wall-degrading carbohydrate-active enzymes and auxiliary proteins (pcwdcazome, 122 gene families) based on a gene tree / species tree reconciliation demonstrated that the formation of the genus was accompanied by an unprecedented extent of lateral gene transfer (LGT). Nearly one-half of the genes in Trichoderma pcwdcazome (47%) were obtained via LGT from plant-associated filamentous fungi belonging to different classes of Ascomycota, while no LGT was observed from other potential donors. In addition to the ability to feed on unrelated fungi (such as Basidiomycota), we also showed that Trichoderma is capable of endoparasitism on a broad range of Ascomycota, including extant LGT donors. This phenomenon was not observed in E. Weberi and rarely in other mycoparasitic hypocrealean fungi. Thus, our study suggests that LGT is linked to the ability of Trichoderma to parasitize taxonomically related fungi (up to adelphoparasitism in strict sense). This may have allowed primarily mycotrophic Trichoderma fungi to evolve into decomposers of plant biomass. The whole proteome LGT assessment confirmed this kind of massive LGT is specific for pcwdcazome and not to any other gene families. Trichoderma evolved in the time of the Cretaceous-Palaeogene extinction event 66 (15) Mya, but the formation of extant sections (Longibrachiatum and Trichoderma) or clades (Harzianum/Virens) happened in the Oligocene. The evolution of the Harzianum clade and section Trichoderma was accompanied by significant gene gain, but the ancestor of section Longibrachiatum experienced rapid gene loss. Ankyrins are amongst the largest number of genes gained. The evolutionary analysis of ankyrin domain-containing proteins performed in the course of this dissertation revealed that they are also frequent in orphomes of all Trichoderma species. About one half of Trichoderma ankyrome are orphan proteins. The data presented in this dissertation offer insights into the evolutionary mechanisms of a mycoparasite Trichoderma towards becoming a generalist

Adaptive changes of viruses enable the virus-host coevolution and infection of new host species. While viruses with an RNA genome adapt primarily by genomic variabilities, adaptation mechanisms of viruses with a DNA genome have remained largely elusive. Since genomes of DNA viruses are more stable compared to genomes of RNA viruses, it is assumed that mechanisms other than genomic changes underlie the adaptation of DNA viruses. However, these mechanisms have hardly been investigated so far. Since isolated virus particles are capable of crossing the species barrier, it is assumed that adaptive changes can be identified in the virus particles themselves. Therefore, this study aimed to elucidate adaptation mechanisms of DNA virus particles by proteomics and genomics technologies. While next-generation sequencing technologies are frequently used to analyze genomic changes of viruses, adaptive changes of virus particles by mass spectrometry-based proteomics have not been analyzed yet. In the present study, cowpox virus (CPXV) was used as a model virus and cell culture as a model system to study adaptive changes of DNA virus particles. CPXV is a member of the genus Orthopoxvirus (OPV) and is able infect a remarkably broad range of host species, e.g. rats, cats, elephants and humans. Increasing numbers of CPXV infections in Europe underline the need for a comprehensive understanding of OPV adaptation mechanisms. CPXV particles were isolated from a rat, which is a natural host of these viruses, and serially passaged five times in a rat and a human cell line. During passaging, an increase in viral fitness was observed exclusively in human cells, suggesting an adaptation of virus particles. Strikingly, proteome analysis revealed that the composition of virus particles changed in a cell line-specific manner, while the viral genome remained overall stable during passaging in both cell lines. Because several ubiquitination sites in virus proteins were identified, the role of ubiquitin for CPXV infection was analyzed. It was shown by the first global ubiquitination site analysis of virus particles that ubiquitin is a major conserved CPXV modification. Additionally, the dependence of CPXV replication on this protein modification was verified, making ubiquitination changes an attractive hypothesis of OPV adaptation. Furthermore, it was shown that CPXV particles incorporate intact transcripts, which presumably enable the rapid expression of viral immunomodulatory proteins upon infection. Summarized, the results of the present study lead to new findings about OPV adaptation mechanisms in vitro. These mechanisms may also apply to in vivo adaptation of DNA viruses and may enable, for example, a crossing of the species barrier. The methods established in this study enable the further characterization of OPV adaptation and, moreover, can be applied to elucidate adaptation mechanisms of viruses belonging to other families., Adaptive Veränderungen von Viren ermöglichen eine Virus-Wirt Koevolution und die Infektion neuer Spezies. Während der Adaption von Viren mit RNA Genom primär eine genomische Variabilität zugrunde liegt, sind Adaptationsmechanismen von Viren mit DNA Genom bislang nur wenig erforscht. Da das Genom von DNA-Viren stabiler ist als das von RNA-Viren, wird vermutet, dass der Adaptation von DNA-Viren andere Mechanismen zugrunde liegen als rein genomische Veränderungen. Weiterhin ist anzunehmen, dass adaptive Veränderungen im Viruspartikel selbst zu identifizieren sind, da isolierte Viruspartikel in der Lage sind die Speziesbarriere zu überwinden. Das Ziel der hier vorliegenden Studie war es daher Adaptationsmechanismen von DNA-Viren mittels Proteomik und Genomik aufzuklären. Während genomische Veränderungen von Viren häufig mittels Next Generation Sequencing analysiert werden, wurden proteomische Veränderungen viraler Partikel bislang noch nicht mit Massenspektrometrie-basierten Methoden analysiert. Als Modell-DNA-Virus für die hier vorliegende Studie wurde das Kuhpockenvirus (CPXV) gewählt und Zellkultur als System um adaptive Veränderungen zu untersuchen. CPXV gehören zum Genus der Orthopockenviren (OPV) und können eine Vielzahl von Spezies infizieren, z.B. Ratten, Katzen, Elefanten und Menschen. Die Anzahl an CPXV-Infektionen in Europa nimmt stetig zu, weshalb es notwendig ist Adaptionsmechanismen von OPV aufzudecken. CPXV Partikel wurden aus einer Ratte isoliert und für fünf Passagen in einer humanen und in einer Ratten Zelllinie vermehrt. Dabei konnte ausschließlich in humanen Zellen eine Steigerung der viralen Fitness beobachtet werden, was auf eine Adaptation der Viren hindeutet. Die Proteomanalyse zeigte, dass sich die Viruspartikel während des Passagierens Zelllinien-spezifisch veränderten, während das virale Genom jedoch insgesamt stabil blieb. Da mehrere Ubiquitinierungsstellen in viralen Proteinen detektiert wurden, wurde die Rolle von Ubiquitin für die CPXV Infektion untersucht. Mittels der ersten globalen Ubiquitinomanalyse von Viruspartikeln konnte gezeigt werden, dass Ubiquitin eine konservierte Modifikation in CPXV Proteinen ist, dessen biologische Relevanz in weiteren Experimenten bestätigt werden konnte. Veränderungen der Ubiquitinierung stellen somit eine attraktive Hypothese zur Adaptation von OPV dar. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass CPXV Partikel Transkripte inkorporieren, die vermutlich eine schnelle Expression viraler Immunmodulatoren ermöglichen. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie führen zu neuen Erkenntnissen über die Adaptationsmechanismen von OPV in vitro, die möglicherweise auch für die Adaption von DNA-Viren in vivo gelten. Die im Rahmen dieser Arbeit etablierten Methoden können weiterhin dazu genutzt werden, um die Adaptation von OPV näher zu charakterisieren und um die Adaptation von Viren anderer Familien zu untersuchen.

Die Taxonomie erlebt heutzutage tiefgreifende Veranderungen. Molekulare Methoden wie DNA-Barcoding sind mittlerweile fester Bestandteil moderner taxonomischer Forschung. Der aufkommende Einsatz von modernen Hochdurchsatzverfahren wird die Erfassung der Artenvielfalt beschleunigen und das Verstandnis fur Eigenschaften eines Organismus in einem nie dagewesenen Mase erweitern. Entsprechend ist eine moderne taxonomische Wissenschaft im Entstehen begriffen, die mehr als je zuvor einen integrativen Charakter hat. Zusatzlich ebnet die beginnende Digitalisierung taxonomischer Daten sowie ihre Vernetzung den Weg zu einer dynamischen Cyber-Taxonomie. Taxonomy in change Taxonomy is currently experiencing profound changes. Molecular methods as DNA barcoding have become inherent parts of modern taxonomic research. The uprising application of high-throughput technologies will help us to assess species diversity faster and to understand the characteristics of an organism more in detail. As consequence, a modern taxonomic science with integrative character is emerging. Furthermore, the beginning digitalization and cross-linking of taxonomic data will pave the way of an upcoming dynamic cybertaxonomy.

Individualisierte, personalisierte oder stratifizierte Ansatze in der Medizin eroffnen neue Moglichkeiten in der Allergologie und der HNO. Die Vermeidung von Nebenwirkungen, gezielte Therapieansatze und stratifizierte Pravention versprechen besseres therapeutisches Ansprechen und optimale Resultate fur unsere Patienten. Begriffliche und definitorische Unscharfen bleiben, vor allem im Hinblick auf die Personalisierung. Auch sind ernsthafte medizinethische Bedenken zu berucksichtigen. Die Entwicklung der Pharmakogenomik, der molekularen Charakterisierung, der genetischen Sequenzierung und weiterer -omics offnen die Tur zu einzigartigen mechanistischen therapeutischen Moglichkeiten. Bereits erhaltliche molekulare und rekombinante allergologische Diagnostik ermoglicht eine deutliche Verbesserung der diagnostischen Genauigkeit, vor allem bei Anaphylaxien und Lebensmittelallergien. Um stratifizierte therapeutische Ansatze umsetzen zu konnen, mussen allerdings regulatorische Rahmenbedingungen mit der biomedizinischen Entwicklung mithalten.

İnsan genomunun tümüyle dizisinin çıkarılması, sistem biyolojide omik teknolojileri denilen yeni bir çağ açmıştır. Omik terimi, biyolojik sistemlerin kapsamlı analizi olarak ifade edilmektedir. Yeni omik teknolojileri ve biyoinformatik araçlar, beslenme, gıda ve metabolizma arasındaki karmaşık ilişkinin araştırılması konusunda çok büyük bir potansiyel sunmaktadır. Son yıllarda çok çeşitli omik alt disiplinleri oluşmuş olup, her birinin kendine özgü bir takım araçları, teknikleri, belirteçleri ve yazılımları bulunmaktadır. Omik araçları ve teknolojileri, karmaşık biyolojik sistemlerin tanımlanabildiği deneysel yaklaşımları çarpıcı biçimde değiştirmiştir. Bu yeni araştırma alanlarını harekete geçiren omik teknolojileri, DNA ve protein mikrodizileri, kütle spektrometresi ve yüksek işlem hacimli analizlere imkân veren diğer birçok aracı kapsamaktadır. Bu sahadaki araştırmalar hücre, doku ve organizmaların genom, transkriptom, proteom ve metabolomunu inceler ve aralarındaki etkileşimi sorgular. Bu çalışmada, genomik, transkriptomik, proteomik ve metabolomikteki en son uygulamalar üzerinde yoğunlaşan, gıda araştırma alanındaki omik teknolojilerine genel bir bakış sunulmuştur.

Nutrigenomik (Genetik beslenme) bilimi beslenme ve insan genomu arasındaki ilişkileri ele almaktadır. Ayrıca, nutrigenomik teknolojileri (genomik, proteomik, transkriptomik ve biyoinformatik) ile bu ilişkilerin temelinde yatan mekanizmaların anlaşılması yönünde çalışmalar yapmaktadır. Bu teknolojiler sayesinde, kişisel diyet reçeteleri hazırlanarak, ileride daha sağlıklı bir yaşam tarzı geliştirmek ve kronik hastalık risklerini azaltmak mümkün olabilecektir. Bu derlemede nutigenomik teknolojileri ve bu teknolojiler ile insan beslenmesi arasındaki ilişki hakkında bilgi verilmesi amaçlanmıştır.

Understanding the connection between an organism’s genotype and its phenotype is a key question in evolutionary biology and genetics. It has been shown that many changes of morphological or other complex phenotypic traits result from changes in the expression pattern of key developmental genes rather than from changes in the genes itself. Such altered gene expression arises often from changes in the gene regulatory regions. That usually means the loss of important transcription factor (TF) binding sites within these regulatory regions, because the interaction between TFs and specific sites on the DNA is a key element of gene regulation. An established approach for the genome-wide mapping of genomic regions to phenotypes is the Forward Genomics framework. This approach compares the genomic sequences of species with and without the phenotype of interest based upon two ideas. First, the initial loss of a phenotype relaxes selection on all phenotypically related genomic regions and, second, this can happen independently in multiple species. Of interest are such regions that diverged specifically in phenotype-loss species. Although this principle is general, the current implementation is only well-suited for the identification of phenotype related gene-coding regions and has a limited applicability on regulatory regions. The reason is its reliance on sequence conservation as divergence measure, which does not accurately measure functional divergence of regulatory elements. In this thesis, I developed REforge, a novel implementation of the Forward Genomics principle that takes functional information of regulatory elements in the form of known phenotype-related TF into account. The consideration of the flexible organization of TF binding sites within a regulatory region, both in terms of strength and order, allows the abstraction from the region’s sequence level to its functional level. Thus, functional divergence of regulatory regions is directly compared to phenotypical divergence, which tremendously improves performance compared to Forward Genomics, as I demonstrated on synthetic and real data. Additionally, I developed TFforge which follows the same approach but aims at identifying the TFs relevant for the given phenotype. Given a multi-species alignment with a phenotype annotation and a set of regulatory regions, TFforge systematically searches for TFs whose changes in binding affinity between species fit the phenotype signature. The reported output is a ranking of the TFs according to their level of correspondence. I prove the concept of this approach on both biological data and artificially generated regions. TFforge can be used as a standalone analysis tool and also to generate the input set of TFs for a subsequent REforge analysis. I demonstrate that REforge in combination with TFforge is able to substantially outperform standard Forward Genomics, i.e. even without foreknowledge of relevant TFs. Overall, the in this thesis introduced methods are examples for the power of computational tools in comparative genomics to catalyze biological insights. I did not only show a detailed description of the methods but also conducted a real data analysis as validation. REforge and TFforge have a wide applicability on endless phenotypes, both on their own in the association of TF and regulatory region to a phenotype. Moreover, particularly their combination constitutes in respect to gene regulatory network analyses a valuable tool set for evo-devo studies.

Illustrationen, Diagramme

Der filamentöse Ascomyzet \(\textit {Penicillium chrysogenum}\) ist der einzige industriell genutzte Produzent des \(\beta\)-Laktam-Antibiotikums Penicillin, welches zur Behandlung bakterieller Infektionen eingesetzt wird. Für die weitere Optimierung industrieller Hochleistungs-Produktionsstämme durch gerichtete Mutageneseverfahren sind fundierte Kenntnisse der transkriptionellen Regulation der Morphogenese und Sekundärmetabolit-Biosynthese in \(\textit {P. chrysogenum}\) unerlässlich. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten ChIP-seq Analysen ermöglichen neue Einblicke in die regulatorischen Eigenschaften des Kreuzungstyp-Transkriptionsfaktors MAT1-1-1 und des Velvet-Proteins PcVelA. Für beide Faktoren konnten zahlreiche neue Zielgene identifiziert werden, welche nun als Ausgangspunkt für die weitere Analyse genregulatorischer Netzwerke genutzt werden können.

Die vorliegende Dissertation verbindet Ergebnisse aus neuroethologischen, verhaltensbiologischen, quantitativ genetischen und genomischen Ansätzen bei Feldgrillen (Gryllus), um neue Erkenntnisse über die Rolle von sexueller Selektion bei Artbildung zu erlangen. Es wird gezeigt dass multivariate Gesangspräferenzen von Grillenweibchen von wenigen Merkmalen abhängen und zwischen Arten ähnlich sind, während sich Männchengesänge in allen Merkmalen unterschieden. Verschiedene Ebenen der Gesangserkennung sind durch unterschiedliche Präferenzfunktionen charakterisiert. Multivariate Präferenzen können also gleichzeitig verschiedene Indikatoren für Paarungspartnerqualität aus den Gesangsmerkmalen erkennen. Eine polygene genetische Architektur der Gesangsmerkmale und der Präferenz wurde beobachtet und weist auf eine eher langsamere Divergenz hin, obwohl gonosomale Vererbung mehrerer Gesangsmerkmale höhere Evolutionsraten zulässt. Starke Kovarianz zwischen den Merkmalen die direkt sexueller Selektion unterliegen und Merkmale, die nicht direkt von Weibchen gewählt werden, zeigen, dass indirekte Selektion teilweise für die markante Divergenz der Gesänge verantwortlich sein könnte, trotz begrenzter Divergenz der Präferenzen. Ferner zeigte ein Artvergleich der multivariaten Gesangsmerkmale, dass die Form der Präferenzfunktion die Ausrichtung der Kovarianzen und damit die erwartete Selektionsantwort der männlichen Gesänge beeinflussen kann. Simulationen ergaben starke Hinweise auf Genfluss zwischen zwei nahverwandten Arten über einen langen Zeitraum . Nur wenige Contigs zeigten hohe genetische Divergenz und hohe Raten nicht-synonymer Polymorphismen. Diese stimmten aber mit Genen überein, die experimentell nachgewiesene Funktionen in neuromuskulärer Entwicklung und im Paarungsverhalten haben. Zusammen zeigen die Ergebnisse das Potential von sexueller Selektion bei der Entstehung und Aufrechterhaltung von reproduktiver Isolation zwischen Arten. This thesis integrates insights from neuro-ethological, behavioural, quantitative genetics, and genomic approaches in field crickets to provide novel insights in the role of sexual selection in speciation, in particular focusing on speciation with gene flow. It was shown that song preferences depend on few traits and are similar across species while the male song has diverged strongly in all traits. Because the different levels of song recognition are characterized by different types of preference functions, it is conceivable that multivariate preferences can extract various cues for mate quality from different traits simultaneously. A polygenic genetic architecture was found for song traits and preferences, probably limiting divergence rates. However, sex-chromosomal inheritance of some song traits may have allowed for somewhat higher rates. Strong covariance was found between traits that are under sexual selection and traits that are not directly selected by females. This indicates that indirect selection may be responsible in part for striking multivariate divergence in the male calling song despite limited divergence in female preferences. Furthermore, comparing multivariate song traits among species showed that the shape of the preference function can affect the orientation of trait covariance and thereby the selection responses of the male song. Coalescent simulations revealed evidence for a long history of gene flow between two closely related cricket species. Only few contigs with high genetic divergence and high rates of non-synonymous SNPs were found, but many of those that were highly diverged matched genes with experimentally proven functions in neuromuscular development and courtship behavior. Together, these findings underline the potential for sexual selection to drive reproductive isolation.

1. Microbial ecology According to Caumette et al. (2015) the term ecology is derived from the Greek words “oikos” (the house and its operation) and “logos” (the word, knowledge or discourse) and can, therefore, be defined as the scientific field engaged in the “knowledge of the laws governing the house”. This, in extension, results in the simple conclusion that microbial ecology represents the study of the relationship between microorganisms, their co-occurring biota and the prevailing environmental conditions (Caumette et al. 2015). The term microbial ecology has been in use since the early 1960s (Caumette et al. 2015) and microbial ecologists have made astonishing discoveries since. Microbial life at extremes such as in the hydrothermal vents (see Dubilier et al. 2008 and references therein) or the abundance of picophytoplankton (Waterbury et al. 1979; Chisholm et al. 1988) in the deep and surface waters of the oceans, respectively, are only a few of many highlights. Nevertheless, a microbial ecologist who, after leaving the field early in their career, now intends to return would hardly recognise again their former scientific field. The main reason for this hypothesis is to be found in the advances made to the methodologies employed in the field. Most of these were developed for biomedical research and were subsequently hijacked, sometimes followed by minor modifications, by microbial ecologists. The Author presents in this thesis scientific findings which, although spanning only a fraction of the era of research into microbial ecology, have been obtained using various modern tools of the trade. These studies were undertaken by the Author during his employment as postdoctoral scientist at Warwick University (UK), as member of staff at Plymouth Marine Laboratory (UK) and as scientist at the TU Bergakademie Freiberg. Although the scientific issues and the environmental habitats investigated by the Author changed due to funding constraints or due to change of work place (i.e. from the marine to the mining environment) the research shared, by and large, a common aim: to further the existing understanding of microbial communities. The methodological approach chosen to achieve this aim employed both isolation followed by the characterisation of microorganisms and culture independent techniques. Both of these strategies utilised again a variety of methods, but techniques in molecular biology represent a common theme. In particular, the polymerase chain reaction (PCR) formed the work horse for much of the research since it has been routinely used for the amplification of a marker gene for strain identification or analysis of the microbial diversity. To achieve this, the amplicons were either directly sequenced by the Sanger approach or analysed via the application of genetic fingerprint techniques or through Sanger sequencing of individual amplicons cloned into a heterologous host. However, the Author did not remain at idle while with these ‘classical’ approaches for the analysis of microbial communities, but utilised the advances made in the development of nucleotide sequence analysis. In particular, the highly parallelised sequencing techniques (e.g. 454 pyrosequencing, Illumina sequencing) offered the chance to obtain both high genetic resolution of the microbial diversity present in a sample and identification of many individuals through sequence comparison with appropriate sequence repositories. Moreover, these next generation sequencing (NGS) techniques also provided a cost-effective opportunity to extent the characterisation of microbial strains to non-clonal cultures and to even complex microbial assemblages (metagenomics). The work involving the high throughput sequencing techniques has been undertaken in collaboration with Dr Jack Gilbert (PML, lateron at Argonne National Laboratory, USA) and, since at Freiberg, with Dr Anja Poehlein (Goettingen University). These colleagues are thanked for their support with sequence data handling and analyses.

Recent studies show that RNA-binding proteins (RBPs) and microRNAs (miRNAs) function in coordination with each other to control post-transcriptional regulation (PTR). Despite this, the majority of research to date has focused on the regulatory effect of individual RBPs or miRNAs. Here, we mapped both RBP and miRNA binding sites on human 3′UTRs and utilized this collection to better understand PTR. We show that the transcripts that lack competition for HuR binding are destabilized more after HuR depletion. We also confirm this finding for PUM1(2) by measuring genome-wide expression changes following the knockdown of PUM1(2) in HEK293 cells. Next, to find potential cooperative interactions, we identified the pairs of factors whose sites co-localize more often than expected by random chance. Upon examining these results for PUM1(2), we found that transcripts where the sites of PUM1(2) and its interacting miRNA form a stem-loop are more stabilized upon PUM1(2) depletion. Finally, using dinucleotide frequency and counts of regulatory sites as features in a regression model, we achieved an AU-ROC of 0.86 in predicting mRNA half-life in BEAS-2B cells. Altogether, our results suggest that future studies of PTR must consider the combined effects of RBPs and miRNAs, as well as their interactions. No sponsor

Genomic selection offers a greater potential for improving complex, quantitative traits in winter rye than marker-assisted selection. Prediction accuracies for grain yield for unrelated test populations have, however, to be improved. Nevertheless, they are already favorable for selecting phenotypic stability of quality traits. Zusammenfassend zeigte die genomische Selektion ein größeres Potential für die Verbesserung von komplexen, quantitativen Merkmalen in Winterroggen als die markergestützte Selektion. Allerdings müssen die Vorhersagegenauigkeiten für nicht-verwandte Genotypen noch deutlich verbessert werden. Sie sind jetzt schon vorteilhaft für die Vorhersage der phänotypischen Stabilität von Qualitätsmerkmalen.