Ethylene Response Factor VII transcription factors control the reshaping of the root system architecture in response to hypoxia

Eysholdt-Derzsó, Emese

Upon flooding, roots are the first organs to encounter oxygen shortage due to decreased gas diffusion and depletion of oxygen by microorganisms in the soil. Root performance is crucial for plant survival during hypoxia. Arabidopsis thaliana, with its intermediate tolerance to flooding, is a well-suited model organism to characterize adaptation to hypoxia at the level of root system architecture and its underlying molecular regulation. This work revealed distinct changes in the root system which are hypothesized to contribute low oxygen stress adaptation. ERFVIIs antagonize hypoxiainduced root bending and enhance lateral and adventitious root elongation highlighting their regulatory role in the developmental reprogramming of the root system. The study further revealed a, yet unknown, ERFVII-independent sensing mechanism for low oxygen.

Staunässe und Überflutung führen bei Pflanzen zu Sauerstoffmangel und damit zu einem Verlust der mitochondrialen ATP Bildung. Wurzeln sind die ersten Organe, die dabei Sauerstoffmangel erfahren, weil Gasdiffusion in Wasser vermindert ist und Sauerstoff im Boden durch aerobe Mikroorganismen aufgebraucht wird. Wurzeln sind aber entscheidend für das Überleben der Pflanze bei Hypoxie. Arabidopsis thaliana, mit seiner mittleren Toleranz gegenüber Überflutung, wurde als Modellorganismus gewählt, um Veränderungen der Wurzelarchitektur bei Hypoxie zu untersuchen, und die zugrundeliegenden molekularen Regulationsmechanismen aufzuklären. In dieser Arbeit wurden spezifische Veränderungen der Wurzelarchitektur in Anwort auf und wahrscheinlich in Anpassung an Sauerstoffmangel beschrieben und teilweise mechanistisch aufgeklärt. ERFVIIs fungieren als Gegenspieler zu der durch Hypoxie ausgelösten Krümmung der Wurzel. Gleichzeitig fördern sie das Wachstum von Sekundärwurzeln, was zu einer insgesamt veränderten Wurzelarchitektur führt. Darüber hinaus wurde deutlich, dass es einen bisher unbekannten, ERFVII unabhängigen, Mechanismus zur Wahrnehmung geringer Sauerstoffkonzentration gibt.

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Eysholdt-Derzsó, Emese: Ethylene Response Factor VII transcription factors control the reshaping of the root system architecture in response to hypoxia. 2018.

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