Untersuchungen zur Funktionsweise von BES1 in der Hitzestressantwort von Pflanzen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Brigitte Poppenberger-Sieberer
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 436926970

• Erstellungsjahr: 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Pflanzen haben natürliche Mechanismen entwickelt, um kurze Perioden von Hitzestress zu überdauern. Sie aktivieren dafür die Hitzeschock-Antwort, einen molekularen Signalübertragungsweg der Zellen vor proteotoxischem Stress schützt. Diese Art von Stress schädigt Proteine und kann durch verschiedene Faktoren verursacht werden, darunter hohe Temperaturen, aber auch Exposition gegenüber bestimmten Toxinen, ultraviolettes (UV) Licht oder hoher Salzgehalt im Boden. Ein zentraler Bestandteil der Hitzeschock-Antwort ist die Produktion von Hitzeschock-Proteinen (Heat Shock Proteins, HSPs), die als molekulare Chaperone fungieren, um Proteinfehlfaltungen zu verhindern. Ihre Synthese wird durch Hitzeschock-Faktoren (Heat Shock Factors, HSFs) reguliert, Transkriptionsfaktoren, die in allen Organismen konserviert sind. Neben HSFs nutzen Pflanzen auch Hormone wie die Brassinosteroide (BRs). Die BRs wurden Ende der 1970er Jahre entdeckt und bald wurde erkannt, dass sie nicht nur wachstumsfördernden Eigenschaften besitzen, sondern auch die Fähigkeit haben die pflanzliche Resistenz gegen Hitzestress zu erhöhen. In diesem Projekt wurden molekulare Mechanismen untersucht, die diesen schützenden Effekten zugrunde liegen. In Arabidopsis thaliana konnte gezeigt werden, dass ein BR-regulierter Transkriptionsfaktor namens BRI1-EMS-SUPPRESSOR 1 (BES1) mit HSFs der HSFA1-Subfamilie interagiert und dadurch die Expression von HSPs induziert. Es wurde festgestellt, dass eine erhöhte BES1- Aktivität die Resistenz gegen Hitzestress steigert, während eine verringerte Aktivität die Pflanzen anfälliger für Hitzestress macht. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass Hitzestress BES1 unabhängig von BRs aktivieren kann, wobei diese Hitze-induzierte Aktivierung durch BRs weiter verstärkt wird. Dies liefert eine Erklärung für die lange bekannten, schützenden Effekte von BRs gegen Hitzestress. Die wichtigsten Ergebnisse dieses Projekts wurden in der wissenschaftlichen Zeitschrift ‚The EMBO Journal‘ veröffentlicht und in einer Übersichtsarbeit in ‚Journal of Experimental Botany‘ präsentiert. Sie sind nicht nur bedeutend für das vertiefte Verständnis der Hitzeschock- Antwort sondern auch für potenzielle Anwendungen in der Landwirtschaft und im Gartenbau. Biostimulanzien, die BRs enthalten, sind verfügbar und können auf ihre Fähigkeit getestet werden, die Resistenz von Nutzpflanzen gegen Hitzestress zu erhöhen. Diese natürlichen Verbindungen sind für den ökologischen Landbau zugelassen und daher uneingeschränkt in der Pflanzenproduktion einsetzbar. Alternativ stellt BES1 ein interessantes Ziel für Züchtungsprogramme dar, die darauf abzielen, hitzeresistentere Pflanzen zu entwickeln.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• An expanded model of heat stress signaling – how brassinosteroids take part. Invited speaker at the ‘2022 Symposium on Plant Response to Abiotic Stress and Environmental Signals’. July 27-30 2022, Beijing, China.
  Poppenberger, B.
  
• Transcription factor BES1 interacts with HSFA1 to promote heat stress resistance of plants. The EMBO Journal, 41(3).
  Albertos, Pablo; Dündar, Gönül; Schenk, Philipp; Carrera, Sergio; Cavelius, Philipp; Sieberer, Tobias & Poppenberger, Brigitte
  
• How Brassinosteroids contribute to heat stress responses of plants. Poster presentation at the ‘4th International Brassinosteroid Conference’. August 16-18 2023, Ghent, Belgium. Received best poster award
  Dündar, G. & Poppenberger, B.
  
• How the plant hormones brassinosteroids contribute to heat stress responses of plants. Poster presentation at the ‘Plant Biology 2023’. August 5-9 2023, Savannah, Georgia, USA.
  Dündar, G. & Poppenberger, B.
  
• Modes of activity of the CESTA/BEE subfamily of bHLH transcription factors in stress responses. Invited speaker at the ‘4th International Brassinosteroid Conference’. August 16-18 2023, Ghent, Belgium.
  Poppenberger, B.
  
• bHLH proteins in brassinosteroid-conferred stress responses. Invited speaker at the 40th IPG Symposium ‘Plant Hormones at the Intersection of Stress and Development’. May 21-25, 2024, Columbia, Missouri, USA.
  Poppenberger, B.
  
• Brassinosteroide - ihr Einfluss auf das Streckungswachstum und die pflanzliche Stressresistenz. Impulsvortrag (invited speaker) beim GPZ-Treffen der AG Zierpflanzenzüchtung. September 19-20 2024, Stuttgart, Germany.
  Poppenberger, B.
  
• The heat shock response in plants: new insights into modes of perception, signaling, and the contribution of hormones. Journal of Experimental Botany, 76(7), 1970-1977.
  Dündar, Gönül; Ramirez, Veronica E. & Poppenberger, Brigitte