Transcript Auxiny

Fytohormony
Zástupci nejdůležitějších skupin růstových regulátorů
Fytohormony (přirozené) a růstové regulátory
(přirozené i syntetické)
(analogie s živočišnými hormony)
Rostlinné hormony (fytohormony):
- historii začíná Julius von Sachs (1832-1897),
studoval v Praze
- endokrinní i parakrinní
-nemají přesná místa syntézy a účinku
-slabší koncentrační závislost účinku
-menší specificita účinku, mechanismus účinku
ale obdobný
-receptor (vazebné místo) a přenos signálu v
buňce (systém druhých poslů, protein kinasová
kaskáda, regulace aktivity enzymů, genové
exprese apod.)
Fytohormony
G-proteinový receptor -plazmalema
Přenos signálu
receptory (vazebná místa)typy:
proteiny, iontové kanály
lokalizace: plazmalema, ER,
cytoplazma, tonoplast, jádro
Iontový Ca2+ kanál –PM, ER a tonoplast
Dvoukomponentní systém –receptorová His-kinasa – PM, ER
(fosforylace His-kin a regulátorové domény)
Fytohormony
Přenos signálu - sekundární poslové
typy: cAMP (cGMP), Ca2+ - kalmodulin
Auxiny
Auxiny z řeckého auxein = růst,
zvětšovat se
(obj. 1923 Went – koleoptile ovsa)
Auxiny
Za auxin můžeme označit řadu chemických látek, které mají společnou nebo obdobnou biologickou aktivitu, i
když se chemicky liší.
Nejvýznamnějším zástupcem je kyselina indolyl-3-octová (IAA - z anglického Indole-3-Acetic Acid), která je
přírodním, tedy přirozeným auxinem, a mezi přirozenými auxiny v rostlině je zřetelně nejvíce zastoupena a
má nejvýznamnější účinek. Dalšími přirozenými auxiny jsou 4-chlor-indolyl-3-octová kyselina, fenyloctová
kyselina (PAA), indolyl-3-máselná kyselina (IBA).
Vedle přirozených auxinů existují také auxiny syntetické, což jsou jiné chemické látky, které se připravují jen uměle, přesto však mají
účinek auxinu. Významná je například kyselina naftyloctová (NAA), na rozdíl od IAA má výhodu, že je významně chemicky stálejší (i
levnější) a přidává se proto často jako účinný auxin do komerčních prostředků na podporu zakořeňování i jiných stimulátorů růstu.
Dalším účinným v komerční sféře používaným syntetickým auxinem je 2,4-dichlorfenoxyoctová kyselina (2,4-D), která se často používá
do některých desikantů a popř. herbicidů. Při válce ve Veitnamu byla použita směs 2,4-D a 2,4,5-T (Agent Orange) k likvidaci pralesů.
Auxiny
Biosyntéza několik drah syntézy IAA
(všechny vychází z tryptofanu, případně
indolyl-3-glycerol fosfátu – orp mutant –
50 více IAA)
Hlavní místo biosyntézy – mladá dělící se
pletiva a meristémy, ale i v místě vzniku
hydatod (viz. obr.)
Auxiny
Biosyntéza několik drah syntézy IAA
(všechny vychází z tryptofanu)
1.Tryptaminová (TAM) – nejběžnější
2.indolylpyruvátová(IPA) – alternativa
TAM
3.indolylacetonitrilová(IAN) – vybrané
čeledi (Brassicaceae, Poaceae,
Musaceae)
4.indolylacetamidová(IAM) –
Agrobacterium a další bakteriální
patogeny
Auxiny
Konjugáty
kovalentně vázaná IAA (hl. semena a
zásobní orgány) –netransportovatelné
inaktivní formy auxinu
– reverzibilní (IAA-myo-inositol. IAAglukóza, IAA-AMK, methylester-IAA)
– ireverzibilní (IAA-aspartát, IAAglutamát)
Degradace: oxidace IAA (substrát – IAA i ireverzibilní konjugáty)
Auxiny
Transport
- polární (bazipetální) z apexu,koleoptilech,
řapících, v kořeni převládá akropetální
-polární transport není ovlivněn orientací
-buněčný orientovaný (převládá),méně
apoplastický, xylémový i floémový transport
Inhibitory transportu: 1-N-naftylftalamová kys.
(NPA), 2,3,5-triiododbenzoová kys. (TIBA), 1naftoxyoctová kys. (NOA), quercetin, genistein
Auxiny
Buněčný transport IAA (chemiosmotický model)
Příjem (influx)
•pasivní (difúze IAAH, je lipofilní, pH 5-5.5 – 25%)
•aktivní permeasa -AUX1 přenašeč (symport 2H+/IAA-)
Výdej (efflux)
aktivní (přenašeče – součástí PIN proteiny – podle
špendlíkovitého tvaru květenství;
P-glykoproteiny (ATP-závislý přenašeč); synergismus
pin1 mutant – bazální lokalizace
Auxiny
Buněčný transport IAA (chemiosmotický model)
Výdej (efflux)
P-glykoproteiny – MDR/PGP
(lokalizace v meristémech, ATP-závislý
přenašeč), br2 mutanty
Inhibitory transportu blokují sekreci PIN1 proteinu
Auxiny
Buněčný transport IAA (chemiosmotický model)
Auxinový transport regulován řadou mechamizmů
- fosforlylace proteinů
- protein trafficking - brefeldin – tvorba a sekrece váčků z Golgiho komplexu
a endocytický transport
- polární transport auxinu je potřebný pro polární vývoj rostlin od embryí
Auxiny
Fyziologické účinky (buněčné prodlužování)
Auxin reguluje ohyby koleoptile směrem ke světlu – prodlužování buněk na
odvrácené straně
- citlivé jsou epidermální buňky
- lag fáze 10-12 min
-synergismus se sacharózou – vytváří osmotické prostředí a reguluje turgor při
zvětšování buněk (možno nahradit K+)
- koncentrační závislost
Auxiny
Fyziologické účinky (buněčné prodlužování)
Auxin reguluje prodlužování buněk (teorie kyselého růstu) – růst aktivity H+-ATP-asy
-acidifikace buněčné stěny
-expansiny zeslabují vodíkové můstky – rozvolnění buněčné stěny a prodloužení buněk
- vliv IAA na aktivitu ATP-asy (přes ABP1?), její syntézu (blokace cykloheximidem)
i sekreci
Auxiny
Fyziologické účinky (fototropismus a gravitropismus)
Apex na agarovém bločku – důkaz redistribuce IAA
Zapojeny fototropiny – autofosforylační proteinkinasy
DR5::GUS reporterový genový konstrukt
Auxiny
Fyziologické účinky (gravitropismus)
Gravitropická reakce
doprovázená změnou
pH cytoplasmy – pokles
v apoplastu
fluorescenční značka
buňky kolumely
Gravitropismus regulují statolyty
– přesýpavá škrobová zrna
v kořenové čepičce –
percepce statocyty
Gravitropismus – v kořenech nižší tok auxinů na horní straně
stimuluje růst, vyšší na spodní straně inhibuje – DR5-GFP
Auxiny
Ovlivnění ontogeneze
- apikální dominance auxin produkovaný vzrostným vrcholem inhibuje prorůstání
úžlabních pupenů; účast cytokininů a strigolaktonů
Auxiny
Ovlivnění vývoje květních pupenů a fylotaxe
- apikální produkovaný auxin a jeho transport reguluje tvorbu květních pupenů a
postavení listů na rostlině – viz. pin1 mutant – abnormální kvetení – netvoří listová
primordia (A), po aplikaci mikrokapky s IAA tvorba listových primordií(B)
Auxin zpomaluje opad listů
Ethylen je primárním regulátorem abscise společně s auxinem (ten funguje jako supresor), supraiptimální koncentrace
auxinu stimulují produkci ethylenu a používají se jako defolianty (2,4,5-T, Vietnamské válka)
Listová abcise ve 3 fázích:
1) Fáze udržování listů – existuje gradient auxinů z čepele do řapíku a odlučovací vrstvičky necitlivá k ethylenu –
neprobíhá senescence, list funguje normálně. Aplikace exogenního auxin na řapík odříznutého listu oddálí opad.
2) Fáze indukce opadu – redukce auxinového gradientu nebo jeho reverze vyvolá listovu senescneci a tvorbu
odlučovací vrstvičky – ošetření defolianty urychluje senescenci a opad (ethylen, desikanty – metoxuron, chlorečnan
hořečnatý, 2-chloethylfosfonová kys.)
Auxiny
Ovlivnění ontogeneze
•tvorba postranních a adventivních kořenů - IAA nutná k iniciaci buněčného dělení v pericyklu a nově
se tvořícím kořeni
•diferenciace vodivých pletiv: floém – nižší hladiny IAA, xylém – vyšší hladiny; při poranění IAA
stimuluje diferencianci xylému; roubování apikálního pupenu na kalus vede k diferenciaci cévních
svazků
• nažky produkují IAA a regulují růst plodů – produkce IAA ve vyvíjejících se semenech
•komerčně využívané zásahy stimulace partenokarpie – regulace kvetení u ananasu, produkce
bezsemenných plodů, zakořeňování řízků, prevence opadu plodů a listů
Auxiny
Přenos signálu - auxin se váže na komplex proteinů obsahující TIR1 receptor (má F-box motiv) – součástí
ubikvitin E3 ligasy - řízená degradace transkripčního represoru - aktivace genové exprese auxin
responzivních genů
TIR1/AFB –receptorový komplex
AUX/IAA –represor
ARF – transkripční faktor
AuxRE –auxin-resposivní místo v promotoru
Auxiny
Za auxin můžeme označit řadu chemických látek, které mají společnou nebo obdobnou
biologickou aktivitu jako kyselina indolyl-3-octová (IAA), i když se chemicky liší.
IAA je klíčový auxin v rostlinách.
Auxiny se transportují bazipetálně, v kořenech akropetálně.
Auxin reguluje:
• tvorba postranních a adventivních kořenů
• prodlužování buněk a buněčné dělení
• ustavení polarity u mebryí i v rostlině
• gravitropické a fototropické reakce
• zpomalují opad listů a plodů
• apikální dominanci společně s cytokininy a strigolaktony
• diferenciace vodivých pletiv
• produkce auxinů v semenech reguluje růst plodů komerčně využívané zásahy
stimulace partenokarpie – regulace kvetení u ananasu, produkce bezsemenných
plodů, zakořeňování řízků, prevence opadu plodů a listů