Transcript 2. Az auxinok fiziológiai hatásai

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-3ecetsav (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
korizminsav
fenilalanin, tirozin
Triptofántól független út
antranilsav szintáz
amt-1, MTR
A kukorica orange
pericap (orp,) a lúdfű
5-foszforibóz antranilsavtrp2 és trp3 mutánsai
foszforibóz antranilsav
nem rendelkeznek
izomeráz
1-(o-karboxifenilamino)-1-triptofán szintázzal.
antranilsav
antranil-foszforibóz
transzferáz
(trp1)
IVS konjugátumok
IVS konjugátum
hidrolázok
IVS konjugátum
szintázok
COOH
deoxiribulóz 5-P
indolglicerol szintáz
N
H
indol-3-vajsav
(IVS)
OH
CH 2OP
N
OH
N
H
N
H
indol-3-glicerol foszfát (IGP)
?
triptofán szintáz 
(trp3)
IVS szintáz
nitriláz
(nit1)
indol-3-acetonitril
(IAN)
COOH
N
H
COOH
szerin +
O
N
H
N
H
indol-3-piroszõlõsav
(IPA)
indol
triptofán szintáz 
(trp2, orp)
COOH
NH2
N
H
Trp
triptofán
aminotranszferáz
(rty?)
IES
IES konjugátum
hidrolázok
(lir1)
IES konjugátum
szintázok
IES konjugátumok
A kukorica orange pericap (orp) mutánsa
Bakteriális IES szintézis
O
CH2 C
NH
(CH2)4
N
H
IES-lizin
szintetáz
HCNH2
COOH
IES-lizin
CH2COOH
N
H
indolacetamid
hidroláz
indolecetsav
CH2CONH2
N
H
triptofán
monooxigenáz
indolacetamid
H
CH2 C COOH
NH2
N
H
triptofán
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
IES konjugátumok
IES peptidek
O
CH2
COOH
C
NH
O
CH
CH2
C
COOH
NH
CH2
N
H
CH
CH2
N
H
COOH
CH2
COOH
indolacetilaszpartát
indolacetilglutamát
Glükozil-észterek
H
H
HO
H
O
H
OH OH
H
H
CH2
OH H
HO
H HO
O
H
C
CH2OH
O
H
O
CH2 C
O
O
N
H
N
H
indolacetil--D-glükóz
indolacetil--L-arabinóz
H
H
O
CH2 C
O
OH
OH
H
H
OH
OH
H
H
O
CH2 C
N
H
O
N
H
indolacetil-O-mioinozit
indolacetil-1-2-O-mioinozitolarabinozid (galaktozid)
Tioészter
CH2
N
H
glükobrasszicin
SO-3
N
O
S
C6H11O 5
C
H
OH
OH
H
H
OH
OH
H
H
O
arabinóz
(galaktóz)
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.
IES efflux gátló vegyületek:
fitotropinok
NH
Sárga kör farokkal: PIN1, auxin efflux fehérje
O
O
HO
Narancssárga kör: naftilftálsav-kötő fehérje
naftilftálsav (NPA)
Lila körcikk: kis GTP kötő-protein (gátolja a
brefeldin A, ami gátolja az IES
transzportot is)
COOH
I
I
(gátolja a naftiftálsav és a TIBA)
I
2,3,5-trijódbenzoesav (TIBA)
Fehér vezikula: endoszóma.
A Golgi membránról leváló burkos vezikulum az
auxin efflux karrier fehérjét a sejt bazális
részére szállítja.
Szintetikus auxinok
Az auxinok kétpontos kötődésének elmélete
Az auxin receptor: ABP1
fehérje
CH2
O
-
NH

O
CH2
O

O

Cl
-
O
Cl
Cl
O


C
Cl
H3C

O
Cl
O
CH2
N
H3C
-
O
S
O
0,5 nm
-
Antiauxinok
H
C
C
H2C
COOH
H2C
H
H2C
HOOC
Cl
-fenilvajsav
transz-fahéjsav
O
CH2
Cl
COOH
O
CH3
Cl
Cl
Cl
2,6-diklór-fenoxiecetsav
2,4-diklóranizol
O
COOH
J
J
N
N
J
H
H
O
2,3,5-trijód-benzoesav
maleinsav-hidrazid
(MH)
CH3
O
C
COOH
CH3
Cl
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
A megnyúlással a sejtfal pH-jának
csökkenése mutat korrelációt.
Növekedési sebesség = irreverzibilis extenzibilitás (turgornyomás - küszöbturgor)
Az IES az irreverzibilis extenzibilitásra (sejtfal plaszticitására) hat. Ez a sejtfal
lazulás.
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
OH
CH3
CH3COO
CH2OC
H3C
O
CH2
CH3
O
HO
CH
CH2OCOCH3
H
HO
H3O
OH
CH3
H
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
Fototropizmus
A fény egyenlőtlen auxineloszlást
okoz: sötét oldalon több IES.
A fotoreceptor: flavoprotein
(autofoszforiláló proteinkináz, kék
fény stimulálja)
2. Az auxinok fiziológiai hatásai: tropizmusok
Gravitropizmus
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 IESindukálta 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.
A./
B./
Vaszkuláris elemek differenciálódása Zinnia szövettenyészetben (A.) és
sebzés után (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.