Regulation of phenotypic plasticity in high ambient temperature - ELF3 and BZR1 as major thermostats gating PIF4 signaling

Abstract

Neben Licht ist Temperatur einer der wichtigsten Umwelteinflüsse, die pflanzliches Wachstum regulieren. Das Wachstum von Arabidopsis thalianareagiert bereits in den frühen Stadien der Keimlingsentwicklung sehr sensitiv auf erhöhte Umgebungstemperaturen. Hypokotylelongation ist hierbei einer der am besten charakterisierten Phänotypen. Auf molekularer Ebene hängt die temperaturregulierte Morphologie (Thermomorphogenese) zu großen Teilen vom Transkriptionsfaktor PHYTOCHROME-INTERACTING FACTOR 4 (PIF4) ab. Die Regulation von PIF4 ist jedoch sowohl auf transkriptioneller als auch auf translationeller Ebene sehr komplex und bislang wenig verstanden. Zur Identifizierung neuer Komponenten eines Temperatursignalweges wurde die genotypische und phänotypische Variation temperaturinduzierter Hypokotylelongation als Modelphänotyp in einer QTL-Analyse (Bay x Sha RIL Population) und einem EMS-Mutagenesescreen (Rrs-7 Ökotyp) genutzt. Als Ergebnis dieser Ansätze konnten sowohl eine Komponente der circadianen Uhr, EARLY FLOWERING 3 (ELF3), als auch ein in der Brassinosteroidsignalkette relevanter Transkriptionsfaktor, BRASSINAZOLE RESISTANT 1 (BZR1), identifiziert und ihre Rollen in der temperaturinduzierten Signaltransduktion charakterisiert werden.

Together with light, temperature is one of the major environmental cues regulating plant growth. In Arabidopsis thaliana, growth responses to high ambient temperature occur already in early stages of seedling development, hypocotyl elongation being one ofthe best characterized model phenotypes. At the molecular level, temperature-mediated plant morphology (also named thermomorphogenesis) is largely dependent on the transcription factor PHYTOCHROME INTERACTOR FACTOR 4 (PIF4). However, regulation of PIF4 onboth transcriptional and post-transcriptional level is very complex and remains rather poorly understood. To exploit both the phenotypic and genotypic variation observed and to identify novel components of the temperature signaling pathway, temperature-induced hypocotyl elongation (TIHE) was used as a model response to perform a QTL analysis in the Bay x Sha RIL population and an EMS-mutagenesis screen in the Rrs-7 ecotype. As a result, the circadian clock component EARLY FLOWERING 3 (ELF3) and the brassinosteroid transcription factor BRASSINAZOLE RESISTANT 1 (BZR1) are highlighted here as novel components by gating PIF4 in the control of thermomorphogenesis.