Teil A – Ökologie, Symbiose
Flechten sind Vergesellschaftungen zwischen fotoautotrophen Mikroorganismen wie Algen bzw. Cyanobakterien einerseits und heterotrophen Pilzen, die den Eukaryoten zuzuordnen sind, andererseits.
Die Flechtenpilze sind auf den Kohlenhydratstoffwechsel der Algen angewiesen, die wiederum von der Wasser- und Mineralstoffversorgung des Pilzes abhängig sind.
In diese aktive Partnerschaft können auch andere Mikroorganismen modifizierend eingreifen. So ist z. B. eine Beziehung zwischen der Alge Chlamydomonas reinhardtii, dem Pilz Aspergillus nidulans und dem Bakterium Streptomyces iranensis bekannt. Die Alge Chlamydomonas zeigt in Anwesenheit des Pilzes Aspergillus eine etwa zweimal so hohe Wachstumsrate und eine deutlich höhere Zelldichte.
Die Bakterien Streptomyces modifizieren die Pilze, indem sie in ihnen die Bildung von Orsellinsäure aktivieren.
Orsellinsäure ist ein wichtiges Zwischenprodukt für die Bildung von Depsiden in Flechten. Infolgedessen wird die Permeabiliät der Membranen erhöht und der Stoffaustausch zwischen den Flechtenpartnern erleichtert. Depside können auch die Gesteinsverwitterung unterstützen und somit die Besiedlung von Gesteinen erleichtern. Die Bildung der Orsellinsäure erfolgt über einen ors-Biosynthese-Genkomplex. Die DNA ist im kondensierten Heterochromatin weitgehend blockiert. Für die Expression der Orsellinsäuregene muss die DNA durch Histonmodifikation aufgelockert werden.
Das Bakterium Streptomyces überträgt dazu ein Signal auf die Zellen von Aspergillus. Die Lysin-Acetyltransferase GcnE wird dadurch aktiviert. Dabei kommt es verstärkt zur Acetylierung von Histonen, was zur Auflockerung der Helixstruktur der DNA führt. Daraufhin können die aufgelockerten Regionen abgelesen werden. Dazu gehören ein Regulatorgen für den Regulator BasR und der ors-Biosynthese-Genkomplex.
Der Regulator BasR aktiviert die Exprimierung des ors-Biosynthese-Genkomplexes. Material 1: Aktivierung der Orsellinsäure-Synthese
Die Flechtenpilze sind auf den Kohlenhydratstoffwechsel der Algen angewiesen, die wiederum von der Wasser- und Mineralstoffversorgung des Pilzes abhängig sind.
In diese aktive Partnerschaft können auch andere Mikroorganismen modifizierend eingreifen. So ist z. B. eine Beziehung zwischen der Alge Chlamydomonas reinhardtii, dem Pilz Aspergillus nidulans und dem Bakterium Streptomyces iranensis bekannt. Die Alge Chlamydomonas zeigt in Anwesenheit des Pilzes Aspergillus eine etwa zweimal so hohe Wachstumsrate und eine deutlich höhere Zelldichte.
Die Bakterien Streptomyces modifizieren die Pilze, indem sie in ihnen die Bildung von Orsellinsäure aktivieren.
Orsellinsäure ist ein wichtiges Zwischenprodukt für die Bildung von Depsiden in Flechten. Infolgedessen wird die Permeabiliät der Membranen erhöht und der Stoffaustausch zwischen den Flechtenpartnern erleichtert. Depside können auch die Gesteinsverwitterung unterstützen und somit die Besiedlung von Gesteinen erleichtern. Die Bildung der Orsellinsäure erfolgt über einen ors-Biosynthese-Genkomplex. Die DNA ist im kondensierten Heterochromatin weitgehend blockiert. Für die Expression der Orsellinsäuregene muss die DNA durch Histonmodifikation aufgelockert werden.
Das Bakterium Streptomyces überträgt dazu ein Signal auf die Zellen von Aspergillus. Die Lysin-Acetyltransferase GcnE wird dadurch aktiviert. Dabei kommt es verstärkt zur Acetylierung von Histonen, was zur Auflockerung der Helixstruktur der DNA führt. Daraufhin können die aufgelockerten Regionen abgelesen werden. Dazu gehören ein Regulatorgen für den Regulator BasR und der ors-Biosynthese-Genkomplex.
Der Regulator BasR aktiviert die Exprimierung des ors-Biosynthese-Genkomplexes. Material 1: Aktivierung der Orsellinsäure-Synthese
1
Erläutere eine der interspezifischen Beziehungen zwischen dem Pilz Aspergillus, der Alge Chlamydomonas oder dem Bakterium Streptomyces.
03 BE
2
Vergleiche den Bau der Zellen von Bakterien, Pilzen und Grünalgen anhand von drei Kriterien.
03 BE
3
Stelle mit Hilfe von Material 1 die Regulation der Orsellinsäure-Synthese in einem Fließschema dar.
05 BE
4
Begründe den Nutzen der Bakterienaktivität für Flechten.
04 BE
15 BE
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1
Interspezifische Beziehung zwischen Pilz und Alge:
Der Pilz Aspergillus wird durch die Fotosynthese betreibende Alge Chlamydomonas mit Kohlenhydraten versorgt. Im Gegenzug erhält die Alge vom Pilz Wasser und Mineralstoffe. Da beide Partner von der interspezifischen Beziehung profitieren, handelt es sich um eine Symbiose.
Interspezifische Beziehung zwischen Pilz und Bakterium:
Das Bakterium Streptomyces modifiziert den Pilz Aspergillus durch die Aktivierung der Orsellinsäurebildung. Den Organismen wird so der Stoffaustausch und der Halt am Untergrund erleichtert. Auch in diesem Fall handelt es sich um eine Symbiose, da beide Partner von der Beziehung profitieren.
Hinweis: Es genügt die Beschreibung einer interspezifischen Beziehung.
2
Vergleich der Bauweise der Zellen von Bakterien, Pilzen und Grünalgen:
3
Regulation der Orsellinsäure-Synthese:
4
Nutzen der Bakterienaktivität für Flechten:
Die Bakterien sind in der Flechte unter anderem für die Synthese von Orsellinsäure verantwortlich. Aus Orsellinsäure können daraufhin Depside gebildet werden. Diese erhöhen die Membranpermeabilität und erleichtern dadurch auch den Stoffaustausch zwischen Pilz und Bakterium. Außerdem beschleunigen Depside die Gesteinsverwitterung, wodurch die Besiedlung und der Halt auf dem Untergrund für die Flechte erleichtert wird.