Regulation der osmotischen Stressantwort durch den Phytosulfokinsignalweg in unterschiedlichen Entwicklungsstadien von Arabidopsis

Schönhof, Martina Diana

Das sulfatierte Peptidhormon Phytosulfokin (PSK) fördert das Spross- und Wurzelwachstum von Arabidopsis. In der Pflanze kodieren fünf Gene, PSK1 - PSK5, für PSK-Vorläuferproteine. Der Wachstumsfaktor wird durch zwei Rezeptoren, PSKR1 und PSKR2, perzipiert. Es konnte gezeigt werden, dass das Sprosswachstum bei osmotischem Stress durch die Signalvermittlung über PSKR1 unterstützt wird. Osmotischer Stress führt zur Induktion der Genexpression von PSKR1 und des PSK-Vorläufergens PSK3. Diese Art von Stress wirkt zum Teil über Abscisinsäure (ABA), die die Expression von PSKR1 und PSK2 - PSK4 induziert. Analysen mit PSKR-knockout-Mutanten zeigten, dass der PSK-Signalweg für die Akkumulation von ABA im Spross erforderlich ist. Bei osmotischem Stress unterdrückt er die Glykosylierung von ABA durch Inhibierung des UDP-Glucosyltransferasegens UGT71B6 und dadurch die ABA-Inaktivierung. Zusätzlich wird die Freisetzung von glucosegebundenem ABA über Hydrolyse durch Induktion des β-Glucosidasegens BG1 induziert. Dies führt zu einem Anstieg von freiem ABA bei osmotischem Stress. Die Regulation von Entwicklungsprozessen bei osmotischem Stress und in Antwort auf ABA durch den PSK-Signalweg zeigt sich auch in der frühen Keimlingsentwicklung beim Ergrünen der Kotyledonen in einem späteren Entwicklungsstadium der Pflanze bei der Penetration und Elongation von Lateralwurzeln. Microarraydaten zeigten, dass in Antwort auf PSK die Expression von 16 Transkriptionsfaktorgenen (TF-Genen) in der Wurzel reguliert wird. Die Genaktivität dieser TFs wurde überwiegend durch den PSK-Signalweg inhibiert. Es handelt sich um Mitglieder von sieben verschiedenen TF-Familien, die sowohl Entwicklungsprozesse als auch, in den meisten Fällen, Stressantworten regulieren. Wachstumsanalysen an Überexpressions- und T-DNA-Insertionslinien von 14 dieser Gene zeigten, dass das Wurzelwachstum durch sechs dieser TFs induziert wird, durch zwei reprimiert und dass sechs keinen Einfluss auf das Wachstum der Wurzel haben.

The sulfated peptide hormone phytosulfokine (PSK) enhances shoot and root growth of Arabidopsis. PSK-precursor proteins are encoded by five genes, PSK1 - PSK5. The growth factor is perceived by the two receptors PSKR1 and PSKR2. It could be shown here that the shoot growth is maintained by PSKR1-signaling during osmotic stress. Osmotic stress caused an induction of the gene expression of PSKR1 and the PSK-precursor PSK3. Osmotic stress is partially transmitted by abscisic acid (ABA) which induced the expression of PSKR1 and PSK2 - PSK4. Analyses of PSKR-knockout mutants showed that PSK-signaling is needed for the accumulation of ABA in the shoot. During osmotic stress, it represses the glycosylation, and hence activation of ABA by inhibiting the UDP-glucosyltransferase UGT71B6. Additionally the hydrolysis-driven release of glucose-bound ABA is induced by the induction of the β-glucosidase gene BG1. This leads to an increase of free ABA during osmotic stress. The regulation of developmental processes during osmotic stress and in response to ABA through the PSK-signaling pathway was observed in the early seedling development in cotyledon greening and at a later developmental stage in the outgrowth and elongation of lateral roots. Microarray data showed a regulation of expression of 16 transcription factor (TF) genes in response to PSK in the root. The gene activity of these TFs was predominantly repressed by the PSK-signaling pathway. The identified TF proteins belong to seven different TF-families and regulate developmental processes as well as, in most cases, stress responses. Growth analyses of overexpression and T-DNA insertion lines of 14 of these genes showed a root growth induction by six TFs, a repression by two TFs and six did not affect the root elongation.

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Schönhof, Martina: Regulation der osmotischen Stressantwort durch den Phytosulfokinsignalweg in unterschiedlichen Entwicklungsstadien von Arabidopsis. 2019.

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