Auxin Homeostase für Stomata und Stressbiologie

Sesshafte Pflanzen müssen ihre ständig ändernde Umgebung wahrnehmen und diese Informationen in ihrem Wachstumsprogramm aufnehmen. Pflanzliche Hormone spielen bei dieser Integrationsleistung eine herausragende Rolle. Das Hormon Auxin reguliert konzentrationsabhängig eine Vielzahl an Entwicklungsprozessen. Daher müssen die Auxin Konzentrationen in der Zelle sehr streng reguliert werden. Neben Auxin-Metabolismus, ist auch die subzelluläre Auxin-Kompartmentalisierung ein wichtiger Mechanismus um Auxin Antworten zu definieren. PILS Proteine repräsentieren putative Auxin Transporter am Endoplasmatischen Retikulum (ER). PILS Aktivität reduziert die Auxin Konzentration indem vermutlich die Auxin Konjugation zu Aminosäuren erhöht werden. Dementsprechend beeinflusst die PILS-abhängige Auxin Homöostase die Auxin Signalwege und daher das pflanzliche Wachstumsverhalten. Momentan studiere ich evolutionäre Aspekte der PILS Proteinfamilie in der Arbeitsgruppe Kleine-Vehn. Während dieser Forschung konnte ich zeigen dass PILS Proteine das pflanzliche Wachstum bei Trockenstress verbessern können. Daher habe ich angefangen PILS Funktionen genetisch zu verändern, um die Rolle von Auxin in Stress Adaption zu studieren. Meine bisherigen Daten zeigen dass PILS Proteine die Auxin Antwort in Spaltöffnungen (Stomata) beeinflusst. Dieser Mechanismus erlaubt die Öffnung und Schließung der Stomata und reguliert damit die Transpirationsrate. Drei (PILS2, 3 und 6) der sieben PILS Gene sind in diesen Zellen aktiv und bisher konnte ich die PILS6 Funktion in der Stomata Öffnung aufzeigen. Auxin wurde bereits mit Stomata-Regulierung in Verbindung gebracht, jedoch blieb die physiologische Rolle bisher verborgen. Meine Daten weisen darauf hin, dass die subzellulär definierte Auxin Homöostase die Spaltöffnung in Bezug zu Umweltbedingungen stellt. Daher möchte ich zum einen die Redundanz der drei PILS Proteine in dieser Antwort herausarbeiten und zum anderen verstehen wie interne und externe Signale die PILS-abhängige Stomata Funktion beeinflussen. Dieses Projekt wird die Bedeutung von der PILS gesteuerten Auxin Homöostase für die Spaltöffnung aufzeigen. Meine Arbeiten werden unser Verständnis für adaptives Pflanzenwachstum unter Stressbedingungen erweitern. Da diese Forschung Erkenntnisse über trockenresistentes Pflanzenwachstum liefern wird, könnte sie daher in der Zukunft dazu dienen die Produktivität von Nutzpflanzen zu steigern. Hertha Firnberg_Elena Feraru

Das wichtigste Ergebnis des Hertha Firnberg Projekts ist demnach, dass die PIN-LIKES (PILS) Proteine, bekannt als mutmaßliche Auxin Träger am Endoplasmatischem Retikulum (ER), Temperatur-abhängig die Zellkern Verfügbarkeit von Auxin kontrollieren und so das Pflanzenwachstum den Umweltbedingungen anpassen. Pflanzen antworten permanent auf Umweltreize, damit sie sich an Umweltschwankungen anpassen können. Pflanzenhormone spielen für das Wachstum eine zentrale Rolle. Auxin ist ein streng reguliertes Pflanzenhormon, welches eine Vielzahl an Umweltreizen in ein Wachstumsprogramm überführt. PIN-LIKES (PILS) sind Proteine, die als mutmaßliche Auxin-Transporter identifiziert wurden. Sie sind für den intrazellulären Auxin- Transport am Endoplasmatischen Retikulum (ER) verantwortlich. Die PILS-Proteine transportieren Auxin vermutlich in das ER und verhindern damit die Diffusion des Hormons zum Auxinrezeptor in den Zellkern. Im Gegensatz zur fest etablierten Rolle von Auxin im Hypokotyl und der Elongation der Blattstiele ist die Rolle von Auxin in Bezug auf die Reaktion der Wurzeln bei höherer Temperatur umstritten und noch nicht ausreichend erforscht. Während des Hertha Firnberg Projekts, haben wir veranschaulicht das PILS6 die Auxin-Signal Raten des Zellkerns, sowie Wurzelwachstum bei hohen Temperaturen (29oC) reguliert. PILS6 lokalisiert ebenfalls am ER, wo es die Auxinansammlung und Wahrnehmung im Zellkern steuert. Hohe Temperaturen senken den Überfluss an PILS6 Proteinen, folglich erhöht sich daraufhin das Auxin-Signal des Zellkerns und das Wachstum der Wurzelorgane. Diese Arbeit zeigt, dass PILS6-Proteine sich negativ auf das Auxin-Signal des Zellkerns auswirken und haben dadurch einen direkten Einfluss auf das Wachstum und die Entwicklung der Pflanze. Dieses Projekt hat also einen neuen subzellulären Mechanismus offenbart, der es Wurzeln erlaubt die zelluläre Auxinsensitivität zu regulieren und damit auf hohe Umgebungstemperaturen zu reagieren.