Browse
Recent Submissions
Now showing 1 - 5 of 5433
- ItemGenetic engineering in the oilseed crop camelina: establishment and application(Institutionelles Repositorium der Leibniz Universität Hannover, 2025) Rezayeva, Barno Ruzimurodovna; Leibniz Universität Hannover; Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK), GaterslebenAbstract Die in vitro-Regeneration und Agrobakterien-vermittelte genetische Transformation sind essentielle Methoden der Pflanzen- und Züchtungsforschung. Die Anwendungsmöglichkeiten moderner biotechnologischer Methoden sind jedoch bei einigen Nutzpflanzen durch noch zu ineffiziente Protokolle limitiert. Davon betroffen ist insbesondere die Nutzung des erheblichen Potenzials der Genom-Editierung. Um diese Einschränkungen bei der zunehmende Bedeutung gewinnenden Ölsaat Leindotter (Camelina, Camelina sativa) zu überwinden, wurden unreife zygotische Embryonen für die in vitro-Regeneration verwendet, da davon auszugehen war, dass Gewebe dieser Ausgangsexplantate im Verlgeich zu herkömmlichen, ausdifferenzierten Pflanzenteilen eine höhere Totipotenz aufweisen. Nachdem die Bildung von Adventivsprossen und deren Weiterentwicklung zu Pflanzen unter Verwendung der experimentellen Akzession Cam139 tatsächlich mit hoher Effizienz erreicht worden war, wurden die dem zugrunde liegenden initialen Entwicklungsprozesse auf zellulärer Ebene anhand von mikroskopischen Präparaten untersucht und dabei ermittelt, dass die regenerativen Strukturen ihren Ursprung in den äußersten Schichten des Hypokotyls haben. Zudem ist es gelungen dieses für dikotyledone Pflanzen weitgehend neuartige Regenerationsprinzip auch für die aktuelle Camelina-Sorte Ligena anzuwenden. Das neu entwickelte Regenerationsprinzip wurde dazu genutzt, eine Methode der Agrobakterien-vermittelten Transformation für Camelina zu etablieren. Bei diesen experimentellen Arbeiten wurden mehrere Einflussfaktoren variiert, darunter die gezielte mechanische Verwundung, die Dauer der Vor- und Co-Kultur sowie die Konzentration des Selektionsagens Hygromycin. Auch diese Methode erwies sich für aktuelle Sorten anwendbar, wobei Transformationsraten von bis zu 17 % (bezogen auf die Anzahl kultivierter Explantate) erreicht wurden. Schließlich wurde die neu etablierte Transformationsmethode verwendet, um das Gen des Fettsäure-modifizierenden Enzyms FATTY ACID ELONGASE 1 (FAE1) durch genspezifische Mutagenese mittels CRISPR-assoziierter (Cas)9-Endonuklease auszuschalten. Dazu wurde eine protoplastenbasierte Methode der funktionellen Validierung von in silico vorselektierten Cas9-Zielmotiven und den entsprechenden guide (g)RNAs entwickelt. Anhand dieses Tests wurden Mutationen in allen drei vorläufig ausgewählten, FAE1-spezifischen Zielmotiven aller drei homöologen Camelina-Subgenome nachgewiesen. Bei der Tiefensequenzierung Zielregion-spezifischer PCR-Amplicons von genomischer Protoplasten-DNA waren dabei bis zu 15 % der Sequenzier-Reads mutiert. Nach Verwendung des gleichen Konstrukts für die Herstellung stabil transgener Pflanzen wurden Mutationsereignisse ebenfalls in allen drei FAE1-spezifischen Zielmotiven aller drei Homöoallele nachgewiesen. Aufgrund dieser hohen Effizienz wiesen 8 von 9 primär-transgenen Pflanzen Mutationen in allen drei FAE1-Homöoallelen auf. Folglich konnten dreifach-homozygote fae1-Knockout-Mutanten bereits in der ersten Selbstungsgeneration identifiziert werden. Fettsäure-Profilanalysen dieser Knockout-Linien ergaben, dass die ernährungsphysiologisch besonders wertvollen Anteile von Linolsäure (C18:1) und -Linolensäure (C18:2) signifikant erhöht und die zu beeinträchtigter Ölqualität führende Erucasäure (C22:1) auf kaum detektierbare Spuren reduziert war. Insgesamt gesehen umfasst die vorliegende Arbeit bedeutende Fortschritte von der biotechnologischen Erschließung der Ölsaat Camelina bis hin zum erfolgreichen Einsatz der Genom-Editierung mit dem Ergebnis der Entwicklung von Elite-Linien mit bislang unerreicht hoher Ölqualität als wichtige Grundlage einer gesunden Ernährung.
- ItemStudies towards the total syntheses of Antroalbocin A, Berkeleyone A, Pentacaronic Acid, and Penisarin B(Institutionelles Repositorium der Leibniz Universität Hannover, 2025) Siekmeyer, BjörnNatural products are produced as secondary metabolites. These substances often possess complex chemical structures and show broad biological activities making them an important source of lead structures in drug development. The chemical synthesis of natural products enables further investigation of their biological activities, since they are often isolated in insufficient quantities. Additionally, total synthesis represents the ultimate testing ground for newly designed chemical reactions and synthetic strategies. The mutual objective in the studies towards the total syntheses of antroalbocin A, berkeleyone A, pentacaronic acid, and penisarin B was to explore chemical reactivities of advanced intermediates during natural product synthesis. The first bioinspired total synthesis of antroalbocin A was achieved with organocatalytic desymmetrisation and a photochemical domino reaction comprising deconjugation and sigmatropic 1,3-acyl shift. Computational data of this process indicated that the exergonic 1,3-acyl shift benefited from an intermediary highly strained 1,3-enone, which resulted in increased conversion compared to unstrained substrates. Attempts to transfer the photochemical domino reaction to the construction of the bicyclo[3.3.1]nonane motif in berkeleyone A were impeded. The tetracylic precursor for the key step could not be derived from a literature-known tricyclic intermediate. The objective of the total synthesis of pentacaronic acid was the structure elucidation of the C4 stereocentre. A late-stage Heck reaction and a Nozaki–Hiyama–Takai–Kishi (NHTK) scission were chosen as retrosynthetic disconnections to simplify the natural product’s complex structure into three fragments. With the partial synthesis of the western and the synthesis of the middle fragment reported in the literature, the synthesis commenced with work on the eastern fragment’s substituted cyclopentane core. In the first approach (i) based on prior work by K. Bajerke, an allene precursor was synthesised and submitted to MacMillan’s synergistic reaction platform, which did not lead to the eastern fragment. The eastern fragment was accessed with L. Millbrodt’s earlier approach (ii) featuring a Favorskii ring contraction. An increased selectivity (dr > 19 : 1) for the coupling of middle and eastern fragments was achieved with lithiation–borylation chemistry compared to the NHTK scission with tBuLi (dr = 1 : 1.1). An intermolecular Heck reaction in the last fragment coupling did not succeed. Instead, a Suzuki cross-coupling was proposed. Therefore, Grubbs cross metathesis (CM) was investigated to introduce the required handle to the terminal olefin. Insufficient regioselectivity with the 1,2-disubstituted olefin in the side-chain led to approach (iii). Kwon’s dealkenylative alkenylation protocol was proposed to allow coupling of the known middle and a new eastern fragment followed by Grubbs CM prior to installation of the diene side-chain, thereby circumventing the issue of insufficient regioselectivity. Efforts on this approach were ceased due to severe separation problems of both diastereomers obtained from the NHTK reaction and the employed aldehyde. Studies towards the total synthesis of penisarin B were designed to examine a putative dyotropic rearrangement in the proposed biosynthesis. Access to the envisioned triene intermediate, the precursor for the key sequence of epoxypolyene cyclisation and dyotropic rearrangement, was not achieved. Three different retrosynthetic disconnections for pyrone formation after introduction of the farnesyl side-chain were unsuccessful.
- ItemStudien zur Totalsynthese von Illisimonin A(Institutionelles Repositorium der Leibniz Universität Hannover, 2025) Schönwald, AxelDer 2017 von Ma et al. aus den Früchten der immergrünen Pflanze Illicium simonsii Maxim isolierte Naturstoff Illisimonin A, zeichnet sich durch eine ungewöhnliche, käfigartige Struktur aus. Sie bildet ein trans-Tricyclo[5.2.1.0]decan-System und beinhaltet sieben stereogenene Kohlenstoffzentren, wodurch sich dieser Naturstoff als ein interessantes Syntheseziel erweist. Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Totalsynthese des Naturstoffs Illisimonin A. Dabei wird ein besonderer Fokus auf den schnellen Aufbau des trans-Tricyclo[5.2.1.0]decan-Systems gelegt. Die Gestaltung der Syntheseroute erfolgte sich über mehrere Entwicklungszyklen. In der schließlich etablierten Hauptroute wird durch eine kurze Synthesesequenz, welche Pauson‒Khand-Reaktion, [2+2]-Cycloaddition und SmI₂-induzierte Umlagerung beinhaltet, der schnelle Aufbau eines cis-Tricyclo[5.2.1.0]decan-Systems bewerkstelligt. Das trans-Tricyclo[5.2.1.0]decan-System wird über eine Semipinakol-Umlagerung ohne die Funktionalisierung an C10 aufgebaut. Diese erfolgt erst im Anschluss mittels Suarez-Fragmentierung, allylischer Oxidation und abschließenden SmI₂-induzierten Ringschluss. In anfänglichen Strategien war eine Funktionalisierung von C10 vor der Semipinakol-Umlagerung angedacht. Diese scheiterten jedoch an einer unerwarteten Inversion des Stereozentrums an C5, die sowohl unter ionischen als auch unter radikalischen Bedingungen auftrat. Auch eine geänderte Reihenfolge der anfänglichen Alkylierungsschritte konnte das Problem nicht lösen. Mechanistische Untersuchungen, inklusive Röntgenstrukturanalysen, legen nahe, dass die C5-Inversion während der Semipinakol-Umlagerung über einen schrittweisen Prozess stattfindet. Insgesamt wurde eine 15-stufige Synthese eines fortgeschrittenen Intermediats mit dem trans Tricyclo[5.2.1.0]decan-System in 0.4% Gesamtausbeute entwickelt.
- ItemDigitale Lernumgebungen kognitionslinguistisch rekonstruiert – Lernprozesse verstehen zu Fotosynthese, Evolutionstheorie und Artenkenntnis(Hannover : Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, 2025) Michelsen, Malte ChristophDer Einsatz digitaler Technologien im naturwissenschaftlichen Unterricht wird kontrovers diskutiert. Neben neuen Möglichkeiten für die Gestaltung von Unterricht, zeichnen sich auch Herausforderungen wie z.B. absinkende Schulleistungen ab. Um die Wirkung digitaler Technologien auf das Lernen beurteilen zu können, werden in dieser Arbeit Lernprozesse in verschiedenen digitalen Lernumgebungen zu biologischen Themen untersucht. Nach der biologiedidaktischen Adaption der kognitionslinguistischen Conceptual Metaphor Theory – der Theorie des Erfahrungsbasierten Verstehens - werden Lernprozesse als die Veränderung von Vorstellungen auf verschiedenen Komplexitätsebenen betrachtet und analysiert. Für ein möglichst umfassendes Bild, wird mit zwei verschiedenen Forschungsszenarien zwischen Digitalisierung und Digitalität unterschieden. Um grundlegende, inhaltliche Herausforderungen des Biologieunterrichts abzubilden, werden Lernprozesse zu den Themen Fotosynthese, Evolution und Artenkenntnis untersucht. Die Peer-Interaction-Methode konnte dabei als Lernförderliche digitale Unterrichtsmethode für die Themen Fotosynthese und Evolution erprobt und soziale Faktoren als Ursache für Vorstellungsänderungen identifiziert werden. Für die Untersuchung von Digitalität wurde eine Community of Practice zur Entwicklung einer App zur Formen- und Artenkenntnis untersucht. Dabei konnte die Bedeutung der digitalen Kultur für die inhaltlichen Lernprozesse herausgestellt werden. Abschließend beschreibt diese Arbeit ein differenziertes Bild für den Einsatz digitaler Technologien für die Forschung und Lehre.
- ItemUncertainty analysis in geotechnical engineering with limited data(Hannover : Institutionelles Repositorium der Leibniz Universität Hannover, 2025) Feng, ChengxinThe uncertainty analysis in geotechnical engineering arises from the complexity and inherent variability of soils and geotechnical environments. The physical and mechanical properties of soil are characterized by spatial uncertainty, influenced by factors such as depositional history and human activities. These characteristics make it challenging to accurately predict engineering behavior and associated risks using traditional, qualitative analysis methods. Inaccurate predictions can lead to safety hazards and economic losses in both design and construction, highlighting the critical need for uncertainty analysis. Effective uncertainty analysis enables engineers to assess the reliability of geotechnical structures, predict potential risks, and optimize designs, ensuring the safety and cost-efficiency of projects. Although random field methods have shown promise in addressing uncertainty in geotechnical engineering by effectively modeling the spatial uncertainty of soil properties, challenges remain. These include uncertainty characterization from limited data and the propagation of uncertainties in high-dimensional spaces. The high cost and logistical difficulties associated with data collection in geotechnical contexts often result in sparse datasets, complicating the accurate description of parameter distributions. Moreover, the spatial uncertainty of parameters in geotechnical systems results in high-dimensional variables that make uncertainty propagation complex and computationally demanding. In uncertainty characterization, we propose a novel conditional random-field generation method that combines an enhanced exponential covariance model with a truncated Karhunen-Loève expansion. This approach faithfully captures the dominant spatial correlations of geotechnical parameters while substantially reducing both the field’s dimensionality and its computational requirements. For uncertainty propagation, we introduce a new failure-probability evaluation framework that pairs maximum-entropy distributions constrained by fractional moments with Latinized Partially Stratified Sampling (LPSS). By leveraging the truncated random-field modes to represent spatial variability and using LPSS to produce low-variance, representative samples across hundreds of dimensions, the method achieves high accuracy with far fewer simulations than traditional Monte Carlo or Latin Hypercube techniques. These advances can be used for efficient uncertainty analysis of geotechnical engineering. This research tackles these limited data challenges with innovative methods to enhance the accuracy of uncertainty modeling and the efficiency of high-dimensional uncertainty propagation in geotechnical engineering. A primary contribution is the development of an interval field approach for spatial uncertainty characterization. Based on this framework, the study introduces the Interval Field Limit Equilibrium Method (IFLEM), which employs a modified Karhunen-Loève decomposition and an enhanced exponential function to efficiently assess slope stability under uncertainty, integrating the classic Morgenstern-Price method for safety factor analysis. Additionally, a B-spline-based interval field generation method is developed to incorporate sparse data, addressing uncertainties related to test locations, stratigraphy, and spatial attributes. An interval field-based finite element strength reduction method is proposed, integrating interval field samples with sparse data for accurate safety assessments. To optimize computational efficiency, a surrogate-assisted optimization technique using Bayesian optimization is introduced, significantly reducing computational costs without compromising accuracy. The proposed methods provide a comprehensive framework for advancing uncertainty modeling and high-dimensional reliability analysis in geotechnical engineering, offering practical solutions to real-world challenges and improving engineering decision-making.