Auxin homeostase in Pflanzenorganen unter hohen Temperaturen

Der menschliche Einfluss auf die Umwelt hat einen Klimawandel ausgelöst. Die letzten 30 Jahre waren wahrscheinlich die wärmsten in der nördlichen Hemisphäre im letzten Jahrtausend. Es wird erwartet, dass die globale Durchschnittstemperatur im Laufe des 21. Jahrhunderts noch weiter ansteigen wird. Die Temperaturerhöhung wirkt sich auch auf das Erdreich aus und reduziert dadurch noch zusätzlich die Produktivität unserer Nutzpflanzen. Das Leben einer Pflanze ist eine permanente Antwort auf die Reize der Umwelt. Pflanzen müssen sich ständig an Umweltschwankungen anpassen, um ihr Wachstum und ihre Entwicklung aufrechtzuerhalten. Pflanzenhormone spielen für das Wachstum eine zentrale Rolle. Auxin ist eines der wichtigsten Hormone, da es eine Vielzahl an Reizen aus der Umwelt in ein Wachstumsprogramm überführt. PIN-LIKES (PILS) sind Proteine, die als mutmaßliche Auxin-Transporter identifiziert wurden. Sie sind für den intrazellulären Auxin-Transport im Endoplasmatischen Retikulum (ER) verantwortlich. Die PILS-Aktivität schottet Auxin im ER vermutlich ab und verhindert damit die Diffusion des Hormons zum Auxinrezeptor in den Zellkern. PILS-Proteine wirken sich demzufolge negativ auf das Auxin-Signal des Zellkerns aus und haben dadurch einen direkten Einfluss auf Wachstum und Entwicklung der Pflanze. 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. Ebenso wurde auch die Rolle von Auxin bei der Regulierung der Entwicklung der weiblichen Blütenorgane bei erhöhter Temperatur noch nicht genau untersucht. Wenn man die bevorstehenden Konsequenzen der globalen Erwärmung in Betracht zieht, ist die Reaktion des Pflanzenwachstums in Bezug auf erhöhte Temperatur ein zeitgemäßes Thema. Diese Grundlagenforschung wird daher zusätzlichen Potential für weitere Felder in der angewandten Forschung haben. In diesem Projekt werde ich den molekularen Mechanismus des PILS6- abhängigen Auxin-Signals im Kern während der Entwicklung der Wurzeln und der Entwicklung der weiblichen Blütenorgane bei erhöhter Temperatur aufzeigen. Diese Studie soll zunächst neue Gene identifizieren die in der adaptiven Antwort der Organe auf erhöhte Temperatur involviert sind. Des Weiteren sollen Kontroversen in der Literatur aufgeklärt werden und ich möchte herausfinden ob der von mir entdeckte Auxin-abhängige Mechanismus bei verschiedenen Pflanzenorganen Anwendung findet. Drittens wird diese Forschungsarbeit das Verständnis für den Mechanismus der weiblichen Blütenorgane und der Fruchtentwicklung verbessern, hier wird der Auxin-Einfluss auf die Blütenentwicklung unter erhöhten Temperaturbedingungen erforscht. Ich beabsichtige mit meinem Projekt Wissenslücken zu füllen und Kontroversen in Bezug auf die Antwort von Auxin auf die Umgebungstemperatur aufzulösen. Die Arbeit wird zu mehreren Forschungsfeldern beitragen, da es sich mit Temperwahrnehmung, intrazellulären Auxin Transport und adaptives Pflanzenwachstum befasst.

The plant hormone auxin is probably the most fascinating molecule, whose concentration and signaling output coordinate multiple aspects of plant growth and development. In our research, we mainly used the PILS putative auxin transporters, whose intracellular activity at the endoplasmic reticulum negatively affects the auxin availability for nuclear signaling, which has consequences on plant growth and development. One major output of the Elise Richter research is that auxin signaling affects the abundance of PILS proteins in Arabidopsis thaliana. More auxin increases PILS proteins level, while less auxin signaling reduces PILS proteins levels, suggesting that this way auxin regulates its own abundance. We uncovered a feedback mechanism on auxin signaling output, which will help us understand auxin signaling regulation during plant growth and development. Another line of research revealed that moderately high temperature reduces PILS levels, thus increasing auxin signaling in root tip and promoting total root growth. Moreover, ongoing research shows that short term high temperature triggers non-optimal auxin responses that affect ovules fertilization and subsequent seed and fruit development. Together, these discoveries will help scientists to understand auxin signaling regulation during plant growth and development and they will advance our knowledge on how different plant organs respond and adapt to high temperature.