Upload
lumina
View
31
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Az auxinok metabolizmusa és fiziológiai hatásai. Darwin úttörő munkái után XIX. században Julius Sachs német botanikus javasolta, hogy a növények növekedését és szervfejlődését kémiai természetű jelek szabályozzák. A növényi hormonfogalom: - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Az auxinok metabolizmusa és fiziológiai hatásai
Darwin úttörő munkái után XIX. században Julius Sachs német botanikus javasolta, hogy a növények növekedését
és szervfejlődését kémiai természetű jelek szabályozzák.
A növényi hormonfogalom:
A növényi hormon olyan sejtek közötti kommunikációt közvetítő jelmolekula, amely vagy képződésének helyén vagy távolabbi szövetekbe transzportálódva már kis koncentrációban (10-12-10-4 M) is jelentős és széleskörű hatást gyakorol a növények növekedésére és fejlődési folyamataira.
A legfontosabb növényi hormonok:
auxinok, gibberellinek, citokininek,
abszcizinsav, etilén, brasszinoszteroidok, jázmonsav, szalicilsav, szisztemin
A környezeti vagy az intercelluláris jel felfogása
A legfontosabb természetes auxinok, az indol-3-ecetsav (IES), a 4-klórindol-3-ecetsav és az
indolecetsav aszparaginsavval alkotott konjugátuma
Charles és Francis Darwin és Boysen-Jensen kísérletei kanári köles koleoptillal (1880)
Paál Árpád kísérlete (1919)
Went kísérlete (1926)
Biológiai teszt az auxinok kimutatására:
A koleoptil görbülési szöge egyenesen arányos az agarkockában lévő IES koncentrációjával.
Az auxinok kimutatása
• Biológiai tesztekkel (zab koleoptil görbüléses teszt, zab koleoptil megnyúlásos teszt, kimutathatósági határ: 2 x 10-5 g / minta)
• Rádioimmunológiai módszer (10-9 g / minta)• Tömegspektrometria (10-12g / minta)
Az IES kimutatása rádioimmunológiai módszerrel
Az IES homeosztázisát egy adott szövetben a
•a bioszintézis
•és a konjugátumok képződésének mértéke,
•a kompartmentáció,
•a lebontás sebessége
•valamint a transzportfolyamatok határozzák
meg.
Az indolecetsav bioszintézise triptofánból: az indol-3-piroszőlősav, a triptamin és az indol-3-acetonitril út
NH
CH2OP
OH
OH
NH
NH
COOH
NH2
NH
N
NH
COOH
O
NH
COOH
NH
COOH
korizm insav fenilalanin, tirozin
antranilsav
antranilsav szintázamt-1, MTR
5-foszforibóz antranilsav
antranil-foszforibóz transzferáz
(trp1 )
foszforibóz antranilsav izom eráz
1-(o-karbox ifenilam ino)-1-deox iribulóz 5-P
indolglicerol szintáz
indol-3-glicerol foszfát (IG P)
triptofán szintáz (trp3)
szerin +
indol
triptofán szintáz (trp2, orp)
Trp
indol-3-acetonitril(IAN)?
indol-3-piroszõlõsav(IPA)
nitriláz(nit1)
IES
IVS konjugátum ok
IVS konjugátum szintázok
IVS konjugátumhidrolázok
indol-3-vajsav(IVS)
IVS szintáz
IES konjugátum szintázok
IES konjugátum hidrolázok
(lir1)
IES konjugátum ok
triptofán am inotranszferáz
(rty?)
Triptofántól független útA kukorica orange pericap (orp,) a lúdfű trp2 és trp3 mutánsai nem rendelkeznek triptofán szintázzal.
A kukorica orange pericap (orp) mutánsa
CH2COOH
NH
CH2CONH2
NH
CH2
NH
C
NH2
COOH
H
CH2
NH
C
O
NH
(CH2)4
HCNH2
COOH
IES-lizin
indolecetsav
indolacetam id
triptofán
trip to fánmonooxigenáz
indo lacetamidhidro láz
IES-lizinszin tetáz
Bakteriális IES szintézis
Pseudomonas savastanoi,
Agrobacterium tumefaciens
Agrobacterium tumefaciensből származó, CaMV 35S promóter kontrollja alatt expresszálódó, triptofán monooxigenáz (iaaM) és indolacetamid hidroláz (iaaH) génekkel transzformált Nicotiana
tabacum cv. Petit Havana SR1 növények
Bal oldali: kontroll
Jobb oldali:
transzformáns, amely a kontrollhoz képest 500% IES-t tartalmaz, ez már növekedésgátló hatású.
A transzformánsok nagy etilénprodukciót mutatnak.
Az IES peroxidázok által katalizált, dekarboxilációval történő lebomlása , amely oxindolokat és dekarboxilált indolokat
eredményez
Az IES nem dekarboxilatív lebontása kukoricában és lóbabban
NH
CH2 C
O
NH CH
CH2
COOH
CH2
COOH
NH
CH2 C
O
O
O
OHH
H
OH
H
OH
H
HH
CH2
NH
CO
O
O
HHO
H
OH
HO
HCH2OH
H
NH
H
OHH
H
OH
OH
H
H
OH
H
CH2 C
O
O O
NH
CNCH2 O
S C6H11O5
SO3
CH2
NH
C
O
NH CH
CH2
COOH
COOH
H
OHH
H
OH
OH
H
OH
H
NH
CH2 C
O
O
IES konjugátum ok
IES peptidek
Glükozil-észterek
indo lacetilaszpartát indolacetilg lutamát
indo lacetil--L-arabinóz indolacetil--D -glükóz
indo lacetil-O -mio inozit indolacetil-1 -2-O -mioinozito l-arab inozid (galaktozid)
arab inóz(ga laktóz)
Tioészter
g lükobrasszic in
-
Az IES az auxin forrásból, a hatáscsúcsból, a hajtásban és a gyökérben bazipetálisan, polárisan transzportálódik.
Kimutatási módszer: leadó-felvevő agarkocka módszer
A donor kockában lévő rádioaktív IES csak akkor jelenik meg a fogadó kockában, ha a szegment fiziológiai apikális végére helyeztük.
Az IES bazipetális, aktív transzportjának kemiozmotikus megközelítése
1. A transzport sejtről sejtre történik.
2. A koleoptilban a kéregsejtekben is, a szárban a xilémparenchima sejtekben.
3. O2 hiány és a metabolizmus inhibitorai gátoják.
4. Az IES a floemben nem polárisan transzportálódik.
O
NH
OOH
naftilftálsav (NPA)
I
II
COOH
2,3,5-trijódbenzoesav (TIBA)
Sárga kör farokkal: PIN1, auxin efflux fehérje
Narancssárga kör: naftilftálsav-kötő fehérje
(gátolja a naftiftálsav és a TIBA)
Lila körcikk: kis GTP kötő-protein (gátolja a brefeldin A, ami gátolja az IES transzportot is)
Fehér vezikula: endoszóma.
A Golgi membránról leváló burkos vezikulum az auxin efflux karrier fehérjét a sejt bazális részére szállítja.
IES efflux gátló vegyületek: fitotropinok
Szintetikus auxinok
NH
CH2
O
O-
Cl
Cl
O CH2
O
O-
Cl Cl
Cl
C
O
O-
CH3
CH3N
O
S
CH2
O
O-
0,5 nm
Az auxinok kétpontos kötődésének elméleteAz auxin receptor: ABP1 fehérje
H2C
H2C
H2C
HOOC
Cl Cl
O CH2 COOH
Cl
O CH3
Cl
COOH
J
JJ
N
N
O
O
H
H
Cl
O C
CH3
CH3
COOH
Antiauxinok
Cl
C C COOHH
H
transz-fahéjsav -fen ilva jsav
2,6-d ik lór-fenoxiecetsav 2,4-d ik lóranizo l
2,3 ,5-trijód-benzoesav male insav-h id razid(M H)
p-klórfenoxi-izovajsav(PCIB)
Az IES a plazmamembránban található ABP1 receptorhoz kötődik és jelátviteli folyamatot indukál
Az indolecetsav fiziológiai hatásai:
1. a megnyúlásos növekedés szabályozása
Optimum görbe szerint hat.
A szervek eltérő auxinérzékenységgel rendelkeznek.
Az auxin-indukálta növekedésnek van egy gyors és egy lassú szakasza
Lag fázis: 10 perc
Növekedési sebesség = irreverzibilis extenzibilitás (turgornyomás - küszöbturgor)
Az IES az irreverzibilis extenzibilitásra (sejtfal plaszticitására) hat. Ez a sejtfal lazulás.
A megnyúlással a sejtfal pH-jának csökkenése mutat korrelációt.
Az IES-indukált savas növekedés
A kétszikűek sejtfala: 1. cellulóz mikrofibrillum; 2. xiloglukán; 3. matrix gél;
4. ramnogalakturonán
A sejtfal rigiditását fokozzák: a kovalens keresztkötések
hidrogénkötések
Ca2+-hidak
Az IES az apoplaszt savanyodását a H+-ATP-áz serkentésén és de novo szintézisének indukcióján keresztül fejti ki.
A PM ATP-áz aktiválásának mechanizmusa fuzikokcin által
O
O
CH3COO
OH
OH
H3O
H
CH3
CH3
OH
CH3 CH2OCOCH3
H
CH2OC CH CH2
OH
CH3
CH3
fuzikokcin
A C-terminális autoinhibitor domén hatását a két 14-3-3 protein kötődése és a kötődést stabilizáló fuzikokcin megszünteti, így a protontranszport folyamatos
Az egyik fontos sejtfal lazító faktor az expanzin fehérje, amely IES hatására expresszálódik, és a H+ kötéseket szünteti meg.
A β(1→4)glukanázok is szerepet játszanak a sejtfallazításban.
2. Az auxinok fiziológiai hatásai: tropizmusok
FototropizmusA fény egyenlőtlen auxineloszlást okoz: sötét oldalon több IES.
A fotoreceptor: flavoprotein
(autofoszforiláló proteinkináz, kék fény stimulálja)
2. Az auxinok fiziológiai hatásai: tropizmusokGravitropizmus
A gravitációs erő egyenlőtlen auxineloszlást okoz a gyökérben, az alsó oldalon több IES.
A gyökérben ez gátló koncentráció.
A jobban növekvő oldalon a sejtfal pH-ja savasabb.
A megnövekedett IES koncentrációt jelzi az IES-indukálta gének expresszója.
Small auxin upregulated RNA-s
(SAURs)
A gravitációs erő érzékelése: sztatolit elmélet
Sztatociták a gyökérsüvegben.
Amiloplasztok, sztatolitok a sztatocitákban.
A sztatolitok vízszintes helyzetű gyökérben elmozdulnak, és mechanikai hatást gyakorolnak a bazális helyzetű ER membránrendszerére.
Ez Ca2+ felszabaduláshoz vezet.
3. Az auxinok fiziológiai hatásai: az apikális dominancia szabályozása
A csúcsrügyben szintetizálódó auxin gátolja az oldalrügyek kihajtását.
A csúcs eltávolítása vagy a citokininek megfordítják a hatást.
4. Az auxinok fiziológiai hatásai: az auxinok indukálják a xilém elemek differenciálódását és a sérült elemek regenerációját.
Vaszkuláris elemek differenciálódása Zinnia szövettenyészetben (A.) és sebzés után (B.)
A./ B./
5. Az auxinok fiziológiai hatásai: járulékos gyökerek iniciálása
5. Az auxinok fiziológiai hatásai: járulékos gyökerek indukciója
Arabidopsis mutánsok:
alf1: extrém mennyiségű járulékos gyökér, 17x IEA tartalom
alf4: egyáltalán nincs oldalgyökér primordium, az exogén IES nem állítja helyre a vad fenotípust
6. Az auxinok fiziológiai hatásai: az IES fokozza a terméskötést és parthenokarpiát idéz elő
A magvak szelektív eltávolítása a termés azonos oldali részének méretbeli csökkenését eredményezi.
7. Az auxinok fiziológiai hatásai: a levélleválás gátlása
8. Az auxinok fiziológiai hatásai: szövettenyészetekben a morfogenezis szabályozása
Magas auxin/citokinin arány: gyökérképződés
Átmeneti auxin/citokinin arány: kallusz
Alacsony auxin/citokinin arány:
hajtásregeneráció
Az auxinok hatása a génexpresszióra
1. Auxin receptor: ABP1
(ER lokalizációs jel)
2. Jelátvitel: MAP kináz sor
3. Génexpressszió:
- primér válaszgének (AUX/IAA, SAUR, GH3), nem kell fehérjeszintézis
- szekunder válaszgének
a transzkripciós faktoraik IES jelenlétében szintetizálódnak
AUX válaszelemek a promóterben
A GH3 gén expressziója a represszor ubiquitinált formájának eltávolítását igényli.