Zástupci nejdůležitějších skupin růstových regulátorů

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. IAA-glukóza, IAA-AMK, methylester-IAA) – ireverzibilní (IAA-aspartát, IAA-glutamát) 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), 1-naftoxyoctová 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: • 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. • 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

Zástupci nejdůležitějších skupin růstových regulátorů