Czynniki środowiskowe wpływające na rozwój roślin ... · np. rośliny jednoroczne Tolerancja Unikanie stresu np. rośliny CAM. 4 Strategie adaptacyjne. Unikanie stresu wywołanego

1

Czynniki środowiskowe

wpływające na rozwój roślin.

Czynniki środowiskowe

wpływające na rozwój roślin.1

Strategie adaptacyjne.Strategie adaptacyjne.2

Genetyczne uwarunkowanie

odporności na stres.

Genetyczne uwarunkowanie

odporności na stres.3

2

Czynniki środowiskowe wpływające

na rozwój roślin.


na rozwój roślin.

1

Co to jest stres?.Co to jest stres?.

Stresto działanie jakiegoś

czynnika środowiskowego

w takim nasileniu,

Ŝe zaburza wzrost

i rozwój organizmu

Stresto działanie jakiegoś

czynnika środowiskowego

w takim nasileniu,

Ŝe zaburza wzrost

i rozwój organizmu

Czynnik stresowy -

stresorto czynnik wywołujący

stres.

Czynnik stresowy -

stresorto czynnik wywołujący

stres.


na rozwój roślin.


na rozwój roślin.

1

Typy czynników

stresowych

Typy czynników

stresowych

BiotyczneBiotyczne AbiotyczneAbiotyczne

wirusy, bakterie

grzyby, nicienie

owady

wirusy, bakterie

grzyby, nicienie

owady

Fizyczne

chemiczne

Fizyczne

chemiczne

3

Strategie adaptacyjne.

Przystosowanie roślin do środowiska


Przystosowanie roślin do środowiska

2

Przystosowanie organizmów

do środowiska

Przystosowanie organizmów

do środowiska

Ewolucyjnie wykształcona

zdolność do przeŜywania

niekorzystnych oddziaływań

środowiskowych

Ewolucyjnie wykształcona

zdolność do przeŜywania

niekorzystnych oddziaływań

środowiskowych


Sposoby przystosowanie roślin do środowiska


Sposoby przystosowanie roślin do środowiska

2

Ucieczka od warunków

stresowych

Ucieczka od warunków

stresowych

np. rośliny jednorocznenp. rośliny jednoroczne

Tolerancja Tolerancja

Unikanie stresu Unikanie stresu

np. rośliny CAMnp. rośliny CAM

4


Unikanie stresu wywołanego czynnikiem

chemicznym


Unikanie stresu wywołanego czynnikiem

chemicznym

2

Neutralizacja poprzez wydzielanie

substancji do gleby

Neutralizacja poprzez wydzielanie

substancji do gleby A

Zablokowanie pobierania Zablokowanie pobierania B

Ograniczenie przemieszczania Ograniczenie przemieszczania C

Tworzenie złogów Tworzenie złogów D


Tolerancja


Tolerancja

2

Zdolność protoplastu do zachowania

integralności funkcjonalnej i strukturalnej

podczas działania stresu i po jego

ustąpieniu.

Zdolność protoplastu do zachowania

integralności funkcjonalnej i strukturalnej

podczas działania stresu i po jego

ustąpieniu.

A

B Zdolność do niezakłóconego rozwoju w

warunkach stresowych.

Zdolność do niezakłóconego rozwoju w

warunkach stresowych.

5


Tolerancja


Tolerancja

2

W warunkach stresowych, nietypowych dla

środowiska naturalnego, roślina uruchamia

dodatkowe procesy, które pozwalają jej

przetrwać i stanowią swoistą reakcję

alarmową.

W warunkach stresowych, nietypowych dla

środowiska naturalnego, roślina uruchamia

dodatkowe procesy, które pozwalają jej

przetrwać i stanowią swoistą reakcję

alarmową.

Mechanizmy dodatkowe wykształciły się

podczas ewolucji, ale w przeciwieństwie do

przystosowania typowego dla gatunku, w

populacji obserwuje się polimorfizm pod

względem stopnia odporności.

Mechanizmy dodatkowe wykształciły się

podczas ewolucji, ale w przeciwieństwie do

przystosowania typowego dla gatunku, w

populacji obserwuje się polimorfizm pod

względem stopnia odporności.


Tolerancja - adaptacje biochemiczne


Tolerancja - adaptacje biochemiczne

2

Typ stresu Typ stresu Przykład Przykład Działanie Działanie

OsmotycznyOsmotyczny

Aminokwasy (prolina)

Poliole (mannitol)

Cukry (sacharoza,

treehaloza)

Aminokwasy (prolina)

Poliole (mannitol)

Cukry (sacharoza,

treehaloza)

Utrzymanie

równowagi

osmotycznej

Utrzymanie

równowagi

osmotycznej

SuszaSusza Nieenzymatyczne

(mocznik, glicerol)

Nieenzymatyczne

(mocznik, glicerol)Regulacja aparatów

szparkowych

Regulacja aparatów

szparkowych

Wysoka temperaturaWysoka temperatura Białka szoku

termicznego

Białka szoku

termicznegoOchrona struktury

białek

Ochrona struktury

białek

Niska temperaturaNiska temperaturaEnzym - dezaturaza

kwasów tłuszczowych

Enzym - dezaturaza

kwasów tłuszczowych

ObniŜenie

temperatury

zamarzania

ObniŜenie

temperatury

zamarzania

Wolne rodnikiWolne rodnikiEnzymy: PX, SOD, CAT

Inne: karoten, antocjan

Enzymy: PX, SOD, CAT

Inne: karoten, antocjanDetoksykacjaDetoksykacja

Metale cięŜkieMetale cięŜkie Fitochelatyny,

Kwasy organiczne

Fitochelatyny,

Kwasy organiczneTworzenie

kompleksów

Tworzenie

kompleksów

6

Ogólny mechanizm odporności na stresOgólny mechanizm odporności na stres

Genetyczne uwarunkowanie odporności na stresGenetyczne uwarunkowanie odporności na stres3

Mechanizmy reagowania na stres są

róŜnorodne i uwarunkowane wieloma

genami.

Mechanizmy reagowania na stres są

róŜnorodne i uwarunkowane wieloma

genami.

Podstawowym elementem odpowiedzi na

stres jest zmiana ekspresji genów.

Podstawowym elementem odpowiedzi na

stres jest zmiana ekspresji genów.

Podstawowym mechanizmem odpowiedzi na

stres jest produkcja specyficznych białek

zwanych stresowymi lub obronnymi

Podstawowym mechanizmem odpowiedzi na

stres jest produkcja specyficznych białek

zwanych stresowymi lub obronnymi

Białka stresowe - opiekuńcze

chaperony

Białka stresowe - opiekuńcze

chaperony

Syntetyzowane podczas stresu

w zwiększonej ilości

Syntetyzowane podczas stresu

w zwiększonej ilościA

Zapewniają prawidłową

konformację przestrzenną innym

białkom

Zapewniają prawidłową

konformację przestrzenną innym

białkom

B

7

ESTs indukowane podczas stresuESTs indukowane podczas stresu


Gatunek Gatunek Funkcja ESTs Funkcja ESTs

Geny enzymów glikolizy oraz cyklu

kwasów trójkarboksylowych

Geny enzymów glikolizy oraz cyklu

kwasów trójkarboksylowychOryza sativaOryza sativa

protoplasy, NaClprotoplasy, NaCl

Mesembryatheum crystalinum

Mesembryatheum crystalinum

NaClNaCl

15% więcej ESTs o nieznanej funkcji

niŜ u roślin rosnących w warunkach

optymalnych

15% więcej ESTs o nieznanej funkcji

niŜ u roślin rosnących w warunkach

optymalnych

ESTs związane z przemodelowaniem

proteomu

ESTs związane z przemodelowaniem

proteomu

Mniej ESTs związanych z fotosynteząMniej ESTs związanych z fotosyntezą

70% ESTs reprezentuje nowe sekwencje70% ESTs reprezentuje nowe sekwencjeTortula rulalisTortula rulalisSuszaSusza

Sekwencjonowanie ESTs

(Expression Sequence Tags)

Sekwencjonowanie ESTs

(Expression Sequence Tags)

Analiza przy pomocy mikrochipów

(microarrays)

Analiza przy pomocy mikrochipów

(microarrays)




Saccharomyces cerevisiae

Saccharomyces cerevisiae

1 M NaCl1 M NaCl

2-krotnie silniejsza ekspresja około

300 ORF (5%) - 2-krotnie więcej

transkryptu

2-krotnie silniejsza ekspresja około

300 ORF (5%) - 2-krotnie więcej

transkryptu

200 ORF (3%) wykazuje słabszą

ekspresję

200 ORF (3%) wykazuje słabszą

ekspresję

8

Analiza przy forward i reverse

genetics

Analiza przy forward i reverse

genetics




Arabidopsis thaliana

Arabidopsis thaliana

NaClNaCl

Gen SOS3 kodujący kalcyneurynę B

odpowiada za dostarczenie jonów

potasowych podczas stresu

Gen SOS3 kodujący kalcyneurynę B

odpowiada za dostarczenie jonów

potasowych podczas stresu

Gen SOS2 kodujący kinazę białkową

aktywowaną przez AMP odpowiada

za utrzymanie równowagi sodowo-

potasowej

Gen SOS2 kodujący kinazę białkową

aktywowaną przez AMP odpowiada

za utrzymanie równowagi sodowo-

potasowej

Ogólny mechanizm odporności na stresOgólny mechanizm odporności na stres


Stres Stres

Reakcja

lokalna

(HR)

Reakcja

lokalna

(HR)

Indukcja

ekspresji genów

Indukcja

ekspresji genów

Białka

stresowe

Białka

stresowe

Odpowiedź

ogólna

(SAR)

Odpowiedź

ogólna

(SAR)

9

Mechanizm odporności na patogenyMechanizm odporności na patogeny


Odpowiedź lokalna

(Hypersensitive response - HR)

Odpowiedź lokalna

(Hypersensitive response - HR)

Uruchamiana 2-5 minut po infekcji,Uruchamiana 2-5 minut po infekcji,

Ograniczenie dalszej inwazji patogena

przez wytworzenie nekrotycznych zmian

i obumieranie komórek,,

Ograniczenie dalszej inwazji patogena

przez wytworzenie nekrotycznych zmian

i obumieranie komórek,,

Zmiany biochemiczne,Zmiany biochemiczne,

Indukcja odporności ogólnej,Indukcja odporności ogólnej,

Etapy reakcji HREtapy reakcji HR


Cząsteczek sygnałowych kodowanych

przez geny avr patogena

Cząsteczek sygnałowych kodowanych

przez geny avr patogena

Rozpoznanie elycytorów -Rozpoznanie elycytorów -1

Elycytory są rozpoznawane przez

akceptory kodowane przez geny R roślin

Elycytory są rozpoznawane przez

akceptory kodowane przez geny R roślin

10

Gen kodujący syringolipidyGen kodujący syringolipidy

avr1 Pseudomonas syringae pv glicyneaavr1 Pseudomonas syringae pv glicynea

Rozpoznawany przez gen Rpg4 soiRozpoznawany przez gen Rpg4 soi

Rozpoznawany przez gen R-N’ tytoniuRozpoznawany przez gen R-N’ tytoniu

Gen kodujący białko płaszcza wirusa

mozaiki tytoniu TMV

Gen kodujący białko płaszcza wirusa

mozaiki tytoniu TMV

Przykłady genów avrPrzykłady genów avrGenetyczne uwarunkowanie odporności na stresGenetyczne uwarunkowanie odporności na stres3

Przykłady genów RPrzykłady genów R


Gen Pto u pomidora Gen Pto u pomidora A

Koduje odporność na Pseudomonas syringaeKoduje odporność na Pseudomonas syringae

Koduje kinazęKoduje kinazę

Gen N u tytoniu Gen N u tytoniu B

Odporność na wirusa mozaiki tytoniu, TMVOdporność na wirusa mozaiki tytoniu, TMV

Gen C19Gen C19C

Odporność na Cladosporium fulvumOdporność na Cladosporium fulvum

11

Mechanizm HR - „Gene for gene”Mechanizm HR - „Gene for gene”


Patogen

awirulentny

geny avr

Roślina

odporna

geny R

Patogen

awirulentny

geny avr

Roślina

WraŜliwa

geny r

Patogen

wirulentny

Roślina

wraŜliwa

geny R

Patogen

wirulentny

Roślina

WraŜliwa

geny r

Etapy reakcji HREtapy reakcji HR


Zmiana konformacji białek ściany

komórkowej bogatych w prolinę

Zmiana konformacji białek ściany

komórkowej bogatych w prolinę

2

Zmiany biochemiczne Zmiany biochemiczne 3

Zwiększona synteza fenoli, lignin i

flawonoidów

Zwiększona synteza fenoli, lignin i

flawonoidów

Indukcja ekspresji genów kodujących

białka obronne przez kwas salicylowy

Indukcja ekspresji genów kodujących

białka obronne przez kwas salicylowy

4

Chitynazy, glukonazy, białka PRChitynazy, glukonazy, białka PR

Przemieszczenie kwasu salicylowego

floemem, indukcja ekspresji genów

związanych z odpornością SAR

Przemieszczenie kwasu salicylowego

floemem, indukcja ekspresji genów

związanych z odpornością SAR

5

12

Mechanizm odporności na patogenyMechanizm odporności na patogeny


Odpowiedź ogólna

(Systemic acquired resistance -

SAR)

Odpowiedź ogólna

(Systemic acquired resistance -

SAR)

Reakcja obronna poszczególnych komórek,Reakcja obronna poszczególnych komórek,

Ekspresja genów związanych z produkcją

specyficznych białek,

Ekspresja genów związanych z produkcją

specyficznych białek,

Induktorem jest kwas salicylowy,Induktorem jest kwas salicylowy,

Nadaje odporność na kilka tygodni.Nadaje odporność na kilka tygodni.

Mechanizm odporności na aluminiumMechanizm odporności na aluminium


13



Geny podlegające transkrypcji podczas

działania Al

Geny podlegające transkrypcji podczas

działania Al

wali4 - gen liazy fenyloalaninowejwali4 - gen liazy fenyloalaninowej

Wali3wali5 - gen inhibitorów proteinazy

wali6

Wali3wali5 - gen inhibitorów proteinazy

wali6

al201 - gen peroksydazyal201 - gen peroksydazy

glc1 - gen S-transferazy glutaminianowejglc1 - gen S-transferazy glutaminianowej

al111 - gen homologa auksynyal111 - gen homologa auksyny



Zmiana ekspresji genu War u 2 odmian

pszenicy pod wpływem Al

Zmiana ekspresji genu War u 2 odmian

pszenicy pod wpływem Al

14

Www.uwm.edu.pl/katgenbiol

plik: stresy.pdf

1. Co to jest stres? Rodzaje czynników stresowych

2. Co to jest odpowiedź lokalna i odporność ogólna.

3. Etapy reakcji HR

4. Hipoteza „gene for gene”

5. Przykłady genów R i avr.6. Co to są białka opiekuńcze

1. Co to jest stres? Rodzaje czynników stresowych

2. Co to jest odpowiedź lokalna i odporność ogólna.

3. Etapy reakcji HR

4. Hipoteza „gene for gene”

5. Przykłady genów R i avr.6. Co to są białka opiekuńcze

Zagadnienia egzaminacyjneZagadnienia egzaminacyjne

Documents

Czynniki środowiskowe wpływające na rozwój roślin ... · np. rośliny jednoroczne Tolerancja Unikanie stresu np. rośliny CAM. 4 Strategie adaptacyjne. Unikanie stresu wywołanego