Vicky Oberkofler

• Plants can be primed to survive the exposure to a severe heat stress (HS) by prior exposure to a mild HS. The information about the priming stimulus is maintained by the plant for several days. This maintenance of acquired thermotolerance, or HS memory, is genetically separable from the acquisition of thermotolerance itself and several specific regulatory factors have been identified in recent years. On the molecular level, HS memory correlates with two types of transcriptional memory, type I and type II, that characterize a partially overlapping subset of HS-inducible genes. Type I transcriptional memory or sustained induction refers to the sustained transcriptional induction above non-stressed expression levels of a gene for a prolonged time period after the end of the stress exposure. Type II transcriptional memory refers to an altered transcriptional response of a gene after repeated exposure to a stress of similar duration and intensity. In particular, enhanced re-induction refers to a transcriptional pattern in which a gene isPlants can be primed to survive the exposure to a severe heat stress (HS) by prior exposure to a mild HS. The information about the priming stimulus is maintained by the plant for several days. This maintenance of acquired thermotolerance, or HS memory, is genetically separable from the acquisition of thermotolerance itself and several specific regulatory factors have been identified in recent years. On the molecular level, HS memory correlates with two types of transcriptional memory, type I and type II, that characterize a partially overlapping subset of HS-inducible genes. Type I transcriptional memory or sustained induction refers to the sustained transcriptional induction above non-stressed expression levels of a gene for a prolonged time period after the end of the stress exposure. Type II transcriptional memory refers to an altered transcriptional response of a gene after repeated exposure to a stress of similar duration and intensity. In particular, enhanced re-induction refers to a transcriptional pattern in which a gene is induced to a significantly higher degree after the second stress exposure than after the first. This thesis describes the functional characterization of a novel positive transcriptional regulator of type I transcriptional memory, the heat shock transcription factor HSFA3, and compares it to HSFA2, a known positive regulator of type I and type II transcriptional memory. It investigates type I transcriptional memory and its dependence on HSFA2 and HSFA3 for the first time on a genome-wide level, and gives insight on the formation of heteromeric HSF complexes in response to HS. This thesis confirms the tight correlation between transcriptional memory and H3K4 hyper-methylation, reported here in a case study that aimed to reduce H3K4 hyper-methylation of the type II transcriptional memory gene APX2 by CRISPR/dCas9-mediated epigenome editing. Finally, this thesis gives insight into the requirements for a heat shock transcription factor to function as a positive regulator of transcriptional memory, both in terms of its expression profile and protein abundance after HS and the contribution of individual functional domains. In summary, this thesis contributes to a more detailed understanding of the molecular processes underlying transcriptional memory and therefore HS memory, in Arabidopsis thaliana.…
• Pflanzen können darauf vorbereitet werden, einen schweren Hitzestress (HS) zu überleben, indem sie zuvor einem leichten HS ausgesetzt werden. Die Information über den Priming-Stimulus wird von der Pflanze mehrere Tage lang aufrechterhalten. Diese Aufrechterhaltung der erworbenen Thermotoleranz, das so genannte HS-Gedächtnis, ist genetisch vom Erwerb der Thermotoleranz selbst trennbar, und in den letzten Jahren wurden mehrere spezifische Regulierungsfaktoren identifiziert. Auf molekularer Ebene korreliert das HS-Gedächtnis mit zwei Arten von Transkriptionsgedächtnis, Typ I und Typ II, die eine sich teilweise überschneidende Untergruppe von HS-induzierbaren Genen charakterisieren. Das Transkriptionsgedächtnis vom Typ I oder die anhaltende Induktion bezieht sich auf die anhaltende Transkriptionsinduktion eines Gens über das Niveau der Expression im ungestressten Zustand hinaus über einen längeren Zeitraum nach dem Ende der Stressbelastung. Das Transkriptionsgedächtnis des Typs II bezieht sich auf eine veränderte TranskriptionsreaktionPflanzen können darauf vorbereitet werden, einen schweren Hitzestress (HS) zu überleben, indem sie zuvor einem leichten HS ausgesetzt werden. Die Information über den Priming-Stimulus wird von der Pflanze mehrere Tage lang aufrechterhalten. Diese Aufrechterhaltung der erworbenen Thermotoleranz, das so genannte HS-Gedächtnis, ist genetisch vom Erwerb der Thermotoleranz selbst trennbar, und in den letzten Jahren wurden mehrere spezifische Regulierungsfaktoren identifiziert. Auf molekularer Ebene korreliert das HS-Gedächtnis mit zwei Arten von Transkriptionsgedächtnis, Typ I und Typ II, die eine sich teilweise überschneidende Untergruppe von HS-induzierbaren Genen charakterisieren. Das Transkriptionsgedächtnis vom Typ I oder die anhaltende Induktion bezieht sich auf die anhaltende Transkriptionsinduktion eines Gens über das Niveau der Expression im ungestressten Zustand hinaus über einen längeren Zeitraum nach dem Ende der Stressbelastung. Das Transkriptionsgedächtnis des Typs II bezieht sich auf eine veränderte Transkriptionsreaktion eines Gens nach wiederholter Exposition gegenüber einem Hitzestress von ähnlicher Dauer und Intensität. Insbesondere bezieht sich dabei die verstärkte Re-Induktion auf ein Transkriptionsmuster, bei dem ein Gen nach der zweiten Stressexposition in deutlich höherem Maße induziert wird als nach der ersten. Diese Arbeit beschreibt die funktionelle Charakterisierung eines neuartigen positiven Transkriptionsregulators des Typ-I-Transkriptionsgedächtnisses, des Hitzeschock-Transkriptionsfaktors HSFA3, und vergleicht ihn mit HSFA2, einem bekannten positiven Regulator des Typ-I- und Typ-II-Transkriptionsgedächtnisses. Die Arbeit untersucht das Typ-I-Transkriptionsgedächtnis und seine Abhängigkeit von HSFA2 und HSFA3 zum ersten Mal auf genomweiter Ebene und gibt Einblick in die Bildung heteromerer HSF-Komplexe als Reaktion auf HS. Diese Arbeit bestätigt den engen Zusammenhang zwischen transkriptionellem Gedächtnis und H3K4-Hypermethylierung, über den hier in einer Fallstudie berichtet wird, die darauf abzielt, die H3K4-Hypermethylierung des Typ-II-Transkriptionsgedächtnisgens APX2 durch CRISPR/dCas9-vermitteltes Epigenom-Editing zu reduzieren. Schließlich gibt diese Arbeit einen Einblick in die Anforderungen, die ein Hitzeschock-Transkriptionsfaktor erfüllen muss, damit er als positiver Regulator des Transkriptionsgedächtnisses fungieren kann, und zwar sowohl in Bezug auf sein Expressionsprofil und seine Proteinabundanz nach HS als auch in Bezug auf den Beitrag seiner einzelnen funktionellen Domänen. Zusammenfassend trägt diese Arbeit zu einem genaueren Verständnis der molekularen Prozesse bei, die dem Transkriptionsgedächtnis und damit dem HS-Gedächtnis in Arabidopsis thaliana zugrunde liegen.…