Növényélettan tételek

Előnézet

A jegyzetről

Növényélettan II. tételek kidolgozva

Vásárlás (500 Ft)

Név

Növényélettan tételek

Típus

Felsőoktatás

Tantárgy

Növényélettan

Év

2016

Szak

Biológia

Intézmény

Szegedi Tudományegyetem

1 letöltés

Szerző

b.hanna

Létrehozva

2022-01-06

Oldalak száma

Jelentem

Növényélettan II. Növekedés és fejlődésélettan tételek Jelérzékelés és –továbbítás (szignál transzdukció) növényekben. Az eukarióta (ezen belül a növényi) génexpresszió szabályozása. A növényi hormonreceptorok és csoportosításuk. Másodlagos jelátvivő molekulák csoportosítása és szerepük a növények belső vagy környezeti jelekre adott válaszreakcióiban. A jel (szignál): környezeti tényezők (fény, vízpotenciál), belső faktorok (hormonok, egyéb jelmol.) Jelérzékelés (szignál percepció): receptorok, membránkapcsolt események és receptorok, citoplazmikus receptorok Jelátvitel (szignál transzdukció): Erősítés (citoplazma): második hírvivők, protein kinázok, jelproteinek, nukleáris transzport. Dekódolás „értelmezés”, (nukleusz) transzkripció Válaszreakció: Transzláció, proteinszintézis, adaptáció Az eukarióta (növényi) genom jellemzői: Az eukarióta DNSben nagy mennyiségű nem kódoló szekvencia van (szerep: kromoszóma organizáció). A nem kódoló DNS nagy része repetitív, ismétlődő szekvencia. A nem kódoló DNS másik részét távtartó (spacer) DNSnek nevezik, ez egy kópiájú. Az emberi genom 5%a fehérjét kódoló gén. A legtöbb haploid növényi genom 20000 30000 gént tartalmaz (az Arabidopsisban 20 000). Az emberi genom mérete 3x109 bp, az Arabidopsisé 1,5x108 bp/haploid genom. Az eukarióta génexpresszió szabályozási szintjei: Genom szintjén: gén amplifikáció (ritka) többszörösen előforduló génről több mRNS képz. DNS szerkezeti átrendeződés kromatin dekondenzáció (hisztonok, inaktív heterokromatin erősen kondenzált) DNS metiláció (erős metiláltság citozin bázisoké, kis transzkripciós aktivitás) Transzkripció szintjén: DNS elérhetősége az expresszióra (RNS polimeráz II) RNS processzálás (érés) szintjén: 5’ sapka, poliA farok, intronok kivágása, exonok összekapcsolása Az mRNS transzportja a nukleuszból Transzláció: az mRNS turnovere Poszttranszlációs módosulás (Citoszol, ER): ERbe irányítás (konformáció kialakulása, alegységek összekapcsolódása, másodlagos módosulás, az organellumokba való szállítás). A hormonális és környezeti jeleket felfogó növényi receptorok csoportosítása: Elhelyezkedhetnek a sejtfelszínen (Gproteinnel kapcsolt receptorok, enzimaktivitással rendelkező receptorok, ioncsatornák), a citoplazmában (proteinkinázok, transzkripciós faktorok, fényreceptorok) ABP1 (auxin binding protein) sejtfelszíni receptor a sejtmegnyúlást serkentő auxinkötő protein, az ATPáz PMbe irányuló transzportját serkenti Fboksz típusú (TIR1/AFB család) auxinkötő protein sejtmagi auxin receptor A másodlagos messengerek csoportosítása és szerepe: 1. 1 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz. Ciklikus nukleotidok: cAMP protein kináz At és ioncsatorna aktivitásokat szabályoz, vagy transukripciós faktort foszforizál, cGMP aleuron (vastagfalú, proteinszemcséket és szferoszómákat tartalmazó) sejtekben gibberelin által indukált aamiláz gén expresszálás és fitokrómok által szabályozott génexpresszió, cADPribóz Diacilglicerin (DAG) sejtosztódás szabályozása és differenciálása Inozitoltrifoszfát Cacsatorna kapuzása Nitrogénmonoxid növekedés szabályozása; stressz akklimatizáció Kalcium ion kalmodulinkomplex közvetlenül a Ca2+ ATPázt, CaMkinázokat aktivál 2. A növekedés és fejlődés fogalma. A növények egyedfejlődésének speciális vonásai. A merisztémák típusai és működésük. Az apikálisbazális tengely kialakulása. A radiális mintázat kialakulása. A gyökér szöveteinek differenciálódása. A hajtás differenciálódása. Növekedés: sejtek, szövetek, szervek, ill. növényegyed irreverzibilis méretváltozása, mennyiségi vált. Fejlődés: a növény egyedfejlődése során meghatározott sorrendben, egymást követően és egymástól függően mennek végbe, minőségi változás. Magasabbrendűeknél: megtermékenyítés, embrió és magképzés, csírázás, vegetatív majd reproduktív fejlődési szakasz, az öregedés és a nyugalmi állapot. Az egyedfejlődési program a virágos növényeknél a kettős megtermékenyítéssel kezdődik. Termésképzés, magképzés, nyugalmi állapot. Csírázás. Vegetatív növekedés. Virágképzés, virágzás, kettős megtermékenyítés. Termésképzés, magképzés. Öregedés. Az egyed halála. A növényi merisztémák típusai Primer merisztémák: hajtáscsúcs és gyökércsúcs merisztéma, embrionális szövetek Másodlagos merisztémák: a posztembrionális fejlődés során alakulnak ki axilláris merisztémák (oldalrügyek), virágmerisztémák, interkaláris merisztémák, laterális merisztémák (vaszkuláris kambium és parakambium, periciklus) A hajtás apikális merisztémája repetitíven állítja elő a levélből, a nóduszból, a levél alatti internódiumból és az ehhez tartozó rügyből álló fejlődési egységet, a fitomert. A növények egyedfejlődésének egyéb jellegzetességei: • A vegetatív merisztémák működése repetitív. A növényi test modulokból áll. • Ezek újra és újra képződhetnek. • A növekedés egyes növényeknél elméletileg végtelen, indeterminált (a hosszú élettartamú fák, pl. a mammutfenyő, több, mint 4000 évesek lehetnek). Más merisztémák működése genetikailag kódoltan limitált (determinált működésű merisztémák). • Az apikális merisztémákból származó sejtek osztódásának és megnyúlásának mintázata meghatározza a szerv alakját. • Az egyed halála a fejlődés része. A merisztémasejtek osztódása: A vegetatív merisztémák folyamatosan regenerálják magukat. A sejtosztódás képességét megtartó sejtet iniciálisnak vagy őssejtnek (stem cell) nevezzük. Osztódás után a leánysejtek (daughter cell) egyike megtartja őssejt identitását. A másik sejt elköteleződik és differenciálódó sejtté alakul. Antiklinális osztódás: a szerv felszínére merőleges az új sejtfal. Periklinális osztódás: a szerv felszínével párhuzamos az új sejtfal. Formatív osztódás: egyenlőtlen sejtosztódás, az egyik sejt merisztématikus marad, a másik elköteleződik. A differenciálódás kezdete. Proliferatív sejtosztódás: a leánysejtek azonosak, a szövetté differenciálódott sejtek számát gyarapítják. Az apikálisbazális tengely kialakulása 2 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz. Az embriózsákban lévő petesejt és a zigóta már polarizált. Az Arabidopsis embrió négy fejlődési stádiumon megy keresztül: a globuláris állapot, szív stádium, torpedó stádium és érett embrió Kétsejtes állapot: A kisebb, denz apikális sejtből lesz: hajtás apikális merisztéma, sziklevelek, hipokotil, embrionális gyökér, gyökérmerisztéma A bazális sejtből lesz: a hipofízis, később ez lesz a kollumella és a nyugvó centrum, a szuszpenzor (csírafüggesztő) A radiális mintázat kialakulása Sejtrétegek kívülről befelé: Epidermisz Kéreg (kortex) Endodermisz Periciklus központi henger Floem, xilem A szövetek radiális mintázata a globuláris stádiumban kezd kialakulni. Az ezt kialakító merisztémák: Protoderma, Alapmerisztéma: kortex, endodermisz, Prokambium A gyökér morfogenezise A gyökér fejlődési zónái: 1. Gyökérsüveg a kollumellával: védő funkció, gravitáció érzékelése 2. Merisztématikus zóna 3. Elongációs zóna: a sejtosztódás fokozatosan 0ra csökken, a sejtek megnyúlnak 4. Érett vagy maturációs zóna: a differenciálódás (floem előbb, xilem később) befejeződése. A gyökér iniciálisok (őssejtek) működése Arabidopsisban: 1. Nyugvó centrum (Quiescent center, 4 sejt) sejtjei ritkán osztódnak). 2. Kollumella őssejtek (Collumella stem cells): antiklinálisan és periklinálisan is osztódnak. 3. Kortexendodermisz őssejtek (corticalendodermal stem cells): az endodermiszt és a kéreg sejtjeit hozzák létre. 4. Gyökérsüvegepidermisz őssejtek (Rootepidermal stem cells) 5. Sztéle iniciális (stele stem cells) A hajtás morfogenezise és a levélállás (fillotaxis) Az L1, L2 és L3 rétegekből jönnek létre a levél primordiumok. L1: epidermisz L2: mezofillum L3: edénynyalábok Számuk és elrendezettségük a levelek szár körüli elrendezésében tükröződik: fillotaxis Az L1 réteg eredetileg epidermiszt képz ő sejtjei periklinális osztódással hozzájárulnak a mezofillum kialakulásához is, ezekből a sejtekből zöld mezofillum sejtek keletkeznek. Variegált levél. A genetikailag meghatározott pozícióban kialakuló levélprimordiumok határozzák meg a fillotaxist: Váltakozó, Átellenes; Keresztben átellenes, Örvös, Spirális levélállás 3. Morfogenetikai jelenségek a növekedésfejlődési folyamatokban. Polaritás, regeneráció, korreláció. A növekedés mértéke, mérési lehetőségei, a növekedés sebessége és matematikai elemzése. A növekedés kinematikai értelmezése. A fejlődési program fontos alapelvei: 1. A sejtek, szövetek, szervek azonosságát transzkripciós faktorok expressziója határozza meg. 2. A sejt sorsát a pozíciója és nem a klonális eredete határozza meg. 3 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz. 3. A fejlődést gének együtthatásának hálózata kontrollálja. 4. A fejlődésben fontos szerepe van a sejtsejt kommunikációnak. A homeobox gének által kódolt homeodomén transzkripciós faktorok a fejlődési programot szabályozzák A differenciáció során kialakul az adott sejtre jellemző génexpressziós profil, ami jellegzetes metabolikus, strukturális és funkcionális karaktert alakít ki. A differenciálódott növényi sejtek dedifferenciálódhatnak. Az elhalt vagy sejtmagjukat vesztett növényi sejtek kivételével a növényi sejtek totipotensek. A totipotencia teszi lehetővé, hogy protoplasztból vagy egyetlen sejtből új növényt regeneráltathatunk. A differenciálódás lépései: – Az induktív jel és percepciója (hormonok) – A sejt azonosságát meghatározó gén expressziója. – A differenciált génaktivitás. – A gén produktumainak aktivitása. Polaritás: növényi egyed, szerv v. sejt tengelyének végein különbségek jönnek létre Az indukált polaritás (Fucus petesejt) Polaritás kialakulása: koncentrációgradiens A sejtmag szerepe (Acetabularia,) Magasabbrendűekben (a poláris auxin transzport) A sejtosztódás síkjának meghatározódása A: a pólusmezőkön különböző anyagok koncentrálódnak B: polárisan irányított struktúra C: anyaggradiens polaritás Az indukált polaritás (Fucus petesejt) Egyirányú megvilágítás indukálja. Ca2+ csatornák egyenlőtlen eloszlása a két póluson. Ca2+ áram. Aktin mikrofilamentumok koncentrálódása az alsó póluson. Egyenlőtlen sejtosztódás: ez stabilizálja a struktúra polarizáltságát. A sejtmag szerepe: Acetabularia a) A zigóta rizoidot, szárat és kalapot fejleszt b) A kimetszett szárszegmens a beültetett sejtmag mellett regenerálja a rizoidot c) A sejt sejtmag nélkül is regenerálhat kalapot d) Ha a sejtmagot egy másik faj sejtmagjával cseréljük fel, a kalap morfológiai tulajdonságai az implantált sejtmag fajára lesz jellemző A poláros auxintranszport eredménye: gyökeresedés a fiziológiai bazális végen Regeneráció: Restitúció: kiegészülés, az embrionális szövet újrarendeződik Reparáció: hiányzó szövet vagy szerv pótlódása a járulékos régióból Reproduktív regeneráció (vegetatív reprodukció): a vegetatív test egy részéből teljes növény regenerálódik Korreláció:a növényegyedhez tartozó részek meghatározott formáinak vagy részelemeinek egymáshoz való viszonya, mely szerint az egyikben történő változás a másikra is hat. létrehozhatja pl. a tápanyagellátottság, a hormonok (apikális dominancia) A növekedés mértéke és sebessége Abszolút növekedés: össznövekedés (L) valamely időtartam alatt L = Lt – L0 Lt – L Relatív növekedés: a kiinduló méretre vonatkoztatott növekedés nagysága Lrel = ( 0)/L 0 L – L )/ Relatív növekedési sebesség: Lrel = ( Δ t x L t 0 0 4 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz. A növekedés kinematikai értelmezése A hipokotil kampót, mint időben állandó struktúrát, folytonosan változó helyzetű elemek építik fel. A szövetelemek görbülnek, majd kiegyenesednek, miközben távolodnak az apextől. Pályagörbe: sebességprofil relatív elemi növekedési sebesség Egy valóságos elem pozíciójának változása az idő függvényében 4. Az auxinok fogalma, szintetikus auxinok, antiauxinok. A szerkezet és a hatás összefüggése. Az auxinok kimutatása. A poláris auxintranszport mechanizmusa. A növényi hormonfogalom: A növényi hormon olyan sejtek közötti kommunikációt közvetítő jelmolekula, amely vagy képződésének helyén vagy távolabbi szövetekbe transzportálódva már kis koncentrációban (1012 104 M) is jelentős és széleskörű hatást gyakorol a növények növekedésére és fejlődési folyamataira. Az auxinok serkentik a megnyúlásos növekedést. Az IES homeosztázisát egy adott szövetben • a bioszintézis • a konjugátumok képződésének mértéke, (konjugátum: hormonok kis molekulasúlyú vegyületekkel (pl. glükóz, cukoralkoholok, aminosavak) kovalensen tudnak kötődni, amivel inaktiválódnak) • a kompartmentáció, (a kompartment pHja jelzi a hormonokat, mert gyenge savak) • a lebontás sebessége • valamint a transzportfolyamatok határozzák meg. A legfontosabb természetes auxinok: az indol3ecetsav (IES), a 4klórindol3ecetsav és az indolvajsav 5 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz. Szintetikus auxinok: 2,4diklórfenoxiecetsav (2,4D), 2metoxi3,6diklórbenzoesav (dicamba), indol3propionsav, 2nafroxiecetsav, 1nafriecetsav, 2,4,5klórfenoxiecetsav, 2metil4klórfenoxiecetsav, 2,3,6triklórbenzoesav, 2,3,5,6Clbenzoesav, 4amino3,5,6triklórpikolinsav, N,Ndimetiletiokarbamát A szintetikus auxinok gyakorlati jelentősége: „Széleslevelű” gyomok (növények) kiirtására szolgál fűfélék közül. Nagyobb mértékű a hatóanyag felvétele, rosszul metabolizálódik. Az etilénprodukció fokozódása gyors lankadást okoz. Az auxinok kétpontos kötődésének elmélete: az auxinokban 0,5 nm távolságra egy parciális + és egy – töltés helyezkedik el Az auxinok a receptor fehérjéhez két ponton, elektrosztatikus úton kötődnek. Antiauxinok: transzfahéjsav, γfenilvajsav, 2,6diklórfenoxiecetsav, 2,4diklóranizol, 2,3,5trijódbenzoesav, maleinsavhidrazid, pklórfenoxiizovajsav A szövetek auxin akkumulációjának kimutatása auxin érzékeny DR5 promóterhez kapcsolt GUS ripotergén aktivitásával A vizsgálandó promótert olyan génnel kapcsolják össze, amely a növény elpusztulása nélkül, in vivo mutat jól detektálható aktivitást, majd a konstrukciót vektor segítségével a transzformálandó szövetekbe juttatják. A βglükuronidáz (GUS) szubsztrátjának, a 4metilumbelliferilglukuronidnak a hozzáadása után kék reakciótermék mutatja a promóteraktivitást. A luciferáz nevű riportergén által katalizált reakció során a szubsztrát jelenlétében kibocsájtott fény luminométerrel vagy más képanalizáló berendezéssel mérhető. (Luciferáz + luciferin + ATP Mg2+ →→luciferáz + reakciótermék (oxiluciferin) + AMP + fény. A lumineszcens fény kibocsájtása után az oxiluciferin luciferinné alakul vissza. Biológiai tesztekkel (zab koleoptil görbüléses teszt, zab koleoptil megnyúlásos teszt, kimutathatósági határ: 2 x 105 g / minta) Rádioimmunológiai módszer (109 g / minta) Tömegspektrometria (1012 g / minta) Kimutatási módszer: leadófelvevő agarkocka módszer A donor kockában lévő radioaktív IES csak akkor jelenik meg a fogadó kockában, ha a szegment fiziológiai apikális végére helyeztük. Az IES az auxin forrásból, a hatáscsúcsból, a hajtásban és a gyökérben bazipetálisan, polárisan transzportálódik 1. A transzport sejtről sejtre történik. 2. A koleoptilban a kéregsejtekben is, a szárban a xilémparenchima sejtekben. 6 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz. Az IES bazipetális aktív transzportjában az aktin filamentumok is szerepet játszanak Az auxin bazipetális transzportja az auxin efflux hordozó (PIN1) bazális pozíciójától függ. A citokalazin D hatására az aktin filamentumok fragmentálódnak, a transzport elveszti polaritását. A folyamatot reverzibilis protein foszforiláció szabályozza. 7 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz. Az IES metabolizmusa (bioszintézis, lebontás, konjugátumképzés), és hatásai a növények egyedfejlődési folyamataiban (sejtosztódás, szállítószövetek differenciálódása, járulékos gyökerek képződése, apikális dominancia, virágok nemének meghatározása, parthenokarpia). Az indolecetsav bioszintézise triptofánból: az indol3piroszőlősav, a triptamin és az indol3acetonitril út 5. Konjugátumok: IES peptidek: indolacetilaszparát, indolacetilglutamát, glükozilészretek: indolacetilßLarabinóz, indolacetilßDglükóz, indolacetilOmioinozit, indolacetil12Omioinozitolarabinozid (galaktozid), tioészter: glükobrasszicin. Az IES oxidatív lebomlása 1. Az IES peroxidázok által katalizált, dekarboxilációval történő lebomlása, amely oxindolokat és dekarboxilált indolokat eredményez. 2. A dekarboxiláció nélküli út történhet aszparaginsavval alkotott konjugátumon keresztül vagy közvetlenül. Az indolecetsav fiziológiai hatásai: 1. A megnyúlásos növekedés szabályozása Optimum görbe szerint hat. A szervek eltérő auxinérzékenységgel rendelkeznek. Az auxinindukálta növekedésnek van egy gyors és egy lassú szakasza A sejtfal pH változásának és a megnyúlás megkezdődésének kinetikája az IES kezelés után A sejttérfogat növekedése vízfelvétellel történik. A sejt vízpotenciál csökkenésének oka: Növekedési sebesség (GR)= irreverzibilis Ψw= ΨP+ Ψπ GR = m(ψPY) extenzibilitás (m) (turgornyomás – küszöbturgor) Az IES az irreverzibilis extenzibilitásra (sejtfal plaszticitására) hat. Ez a sejtfallazulás. Az IESindukált savas növekedés 8 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz. A kétszikűek sejtfala: 1. cellulóz mikrofibrillum; 2. xiloglukán; 3. matrix gél; 4. ramnogalakturonán A sejtfal komponensek keresztkötéseit megszüntető enzimek: poligalakturonáz, xiloglukán endotranszglükoziláz (XET xiloglukánt hasít), pektinmetilészteráz Sejtfal struktúrája: cellulúz mikrofibrillumok (Hkötés), lignin, struktúr fehérjék (Izoditirozin keresztkötés a sejtfalfehérjék tirozinjai között), mátrix poliszacharidok Pektin: homogalakturonán (a pektin –COOH csoportja metilésztert képezhet vagy Ca2+ hidakat hoz létre a szomszédos polimerrel) ramnogalakturonán, arabinán, galaktán Hemicellulóz: xiloglukán (Hhíd közte és a cellulóz között) xilán, glukomannán, arabinoxilán, βDglukán (fűfélék) Fenolcsoportok közötti keresztkötés A sejtfal rigiditását fokozzák: a kovalens keresztkötések; diferulát híd; izoditirozin hidrogénkötések; Ca2+ hidak Az egyik fontos sejtfal lazító faktor az expanzin fehérje, amely IES hatására expresszálódik, és a hidrogénkötéseket szünteti meg. Az IES az apoplaszt savanyodását a H+ ATPáz serkentésén és de novo szintézisének indukcióján, az endomembrán transzport serkentésén és a fehérje aktiválásán keresztül fejti ki. 2. A gyökér gravitrópos reakciója A gravitációs erő egyenlőtlen auxineloszlást okoz a gyökérben, az alsó oldalon több IES. A gyökérben ez gátló koncentráció. A jobban növekvő oldalon a sejtfal pHja savasabb. A megnövekedett IES koncentrációt jelzi az IESindukálta gének expresszója. Small auxin upregulated RNAs (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 az ER lumenéből. Ez megváltoztatja az IESsel szembeni membránpermeabilitást és a hormoneloszlást. 3. Az auxinok szabályozzák a sejtosztódást Növeli a CDKA;1 ciklindependens protein kináz és egy mitotikus ciklin mRNS szintjét a gyökerekben. Ez önmagában nem, csak citokininek jelenlétében elég a teljes sejtciklushoz. 4. Az apikális dominancia 1. A csúcsrügy dekapitálásakor az oldalrügyben lévő auxinok mennyiségének csökkennie kellene. Auxinérzékeny promóterhez kapcsolt luciferáz géneket expresszáló transzgénikus növényekben (LUXA, LUXB) a csúcs dekapitálásakor megnőtt a promóter aktivitása. 2. Más tényezők is közrejátszanak: tápanyaghiány; citokininek; az oldalrügyben lévő inhibitor 5. az auxinok indukálják a xilém elemek differenciálódását és a sérült elemek regenerációját. Kapcsolat az IES koncentrációval: magasabb IES koncentráció a trachea elemek képződésének kedvez, viszont sok, kis méretű sejt keletkezik 6. járulékos gyökerek iniciálása A szár bazális részén lévő vékonyfalú, parenchimatikus sejtek dedifferenciálódnak, egyenlőtlen sejtosztódással osztódnak, és létrehozzák a gyökér apikális merisztémáját 9 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz. 7. a levélleválás gátlása Magas auxin szint a levéllemezben, alacsony a szárban A levélleválást az etilén az auxinnal együtt szabályozza 1. fázis: a fenntartási fázis 2. indukciós fázis, 3. leválási fázis sok auxin, csökkenő auxinszint, kis etilénérzékenység etilénprodukció nő A terméskötés, a termés növekedés és a termés lehullásának szabályozása 8. az IES parthenokarpiát idéz elő A partenokarpia típusai: • vegetatív partenokarpia: megporzás nélküli termésfejlődés (ananász, banán) • stimulatív partenokarpia: pollináció van, megtermékenyülés nincs (orchideák, szőlő) • embrióabortusz, álpartenokarpia (cseresznye) • átmeneti partenokarpia (Ginkgo biloba, a megporzás után a pollentömlő növekedése a termés lehullásáig gátolt 9. szövettenyészetekben a morfogenezis szabályozása Magas auxin/citokinin arány: gyökérképződés Átmeneti auxin/citokinin arány: kallusz Alacsony auxin/citokinin arány: hajtásregeneráció 6. A sejtmegnyúlás hormonális szabályozása (az auxinok, gibberellinek, citokininek, az abszcizinsav és az etilén hatása a sejtmegnyúlásra). Auxin: Az egyik fontos sejtfal lazító faktor az expanzin fehérje, amely IES hatására expresszálódik, és a hidrogénkötéseket szünteti meg. Az IES az apoplaszt savanyodását a H+ ATPáz serkentésén és de novo szintézisének indukcióján, az endomembrán transzport serkentésén és a fehérje aktiválásán keresztül fejti ki. Gibberelin: Rozettás és a törpe növények internódiumai növekedésének serkentése A GS1 helyettesíti a hosszú nappalt a rozettás növények internódiumának megnyúlásában. Az árasztott rizs (deepwater rice) növekedése az vízborítottság kialakulása után: →etilénszintézis indukciója 1. A vízborítottság csökkenti az O2 parciális nyomását a szövetekben 2. Az etilén az endogén GS1gyel szemben érzékenyebbé teszi a szöveteket 3. A GS1 sejtmegnyúlást indukál az interkaláris merisztémában 4. Az endogén GS1 serkenti a sejtciklust is. EREDMÉNY: 25 cm/nap növekedési sebesség ő magvak számának csökkenése: a gibberellinek őn belül követi a G2 fázisban lév 1.A GS1 kezelést rövid id serkentik a G2 – M átmenetet. 2. A GS fokozta egy ciklin dependens proteinkináz (CDC2) és két mitotikus ciklin gén expresszióját. 3. A GS serkentette a CDC2t aktiváló kináz expresszióját is (CAK). 1. A gibberellin nem okoz turgornövekedést és előzetes ozmotikus adaptációt. 2.A GS csökkenti a megnyúláshoz szükséges küszöbturgort. 3. A GS növeli a sejtfal extenzibilitását: a növekedést limitáló keresztkötések elvágásával XILOGLÜKÁNENDOTRANSZGLÜKOZILÁZ Ez lehetővé teszi az expanzinok gyorsabb diffúzióját a sejtfalban Citokinin: megváltoztatják a sejtfal plaszticitását, de az elaszticitásra nincsenek hatással. Proton extrúziót nem indukál, tehát nem okoz savanyodást a sejtfalban. A sziklevelek növekedését serkentik, de nem sejtszám növekedéssel. Abszcizinsav: gátolja a megnyúlásos növekedést, mert blokkolja a H+ szekréciót, ezáltal a sejtfal svanyodását. Etilén: Gátolja a hajtás megnyúlásos növekedését, serkenti a laterális expanziót, akadályozza a hipokotil és epikotil kampó kiegyenesedését. Epinasztiát idéz elő (a levél felső sejtsora jobban nyúlik, a levél úgy néz ki, mintha lekonyulna). Fokozza a hajtás gibberellinérzékenységét, így fokozódik a hajtás megnyúlása árasztott növényekben 10 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz. 1. Az etilén hatása a növény hajtásnövekedésére 1es típusú célsejt, szártagok: az IES longitudinális, az etilén oldalirányú kiterjedést okoz (a szár megnyúlásra képes sejtjei). Az etilén a hipokotil oldalirányú térfogatnövekedését a mikrotubulusok (ezt követően a cellulóz mikrofibrillumok) transzverzálisból longitudinális irányba történő átrendezésével éri el. 2es típusú célsejt: az abszcissziós zónában Csak az etilén okoz megnyúlást, IES nem (a leválási zóna sejtjei). A levélleválás folyamatában az etilén a kulcsregulátor, az auxin pedig a szupresszoraként hat 1. fázis: a fenntartási fázis, a sok auxin csökkenti az etilénérzékenységet (hidrolitikus enzimek szupressziója) 2. indukciós fázis, a csökkenő auxin szint miatt növekvő etilénprodukció és etilénérzékenység a leválási zónában. Az etilén csökkenti az auxin szintézisét és transzportját, növeli lebontását. 3. leválási fázis, etilénprodukció nő, erre a sejtfal poliszacharidokat és fehérjéket bontó hidrolázok indukciója következik be Az etilén a leválási zóna sejtjeiben megnyúlást és enzimindukciót vált ki: A sejtfalhidrolizáló enzimek hatására létrejövő protoplasztok gömb alakja és térfogatnövekedése következtében a xilém tracheái szétfeszülnek, a levél elválik a szártól. Az etilén serkenti a levéllemez természetes vagy stresszindukált öregedési folyamatait (a citokininek gátolják az öregedést). Az etilén szeneszcencia indukciójának egyik oka, hogy a levelekben lecsökken a kataláz (CAT3) és az aszkorbát peroxidáz (APX) aktivitás. A szuperoxid dizmutáz (SOD) és a glutation reduktáz (GR) aktivitás viszonylag hosszú ideig változatlan marad. Az ABA is kiváltja a levél öregedését, de nem az etilénnel kapcsolódva. Az etilén serkenti a virág sziromleveleinek öregedését: 3mas típusú célsejt: az IES és az etilén is longitudinális megnyúlást okoz (levélnyél epinasztiája, mocsári növények levélnyele) ő. Árasztás hatására a gyökerek körül az O2 tartalom csökken, ACC oxidáz aktivitás csökken, ACC szint n Xilémben a levélbe jut, ahol az ACC oxidáz etilént alakít belőle, mely epinasztiát okoz. Az elárasztott rizs interkaláris merisztémájának és a megnyúlási zóna sejtjeinek gibberellin (GS1 ) érzékenységét a csapdázódott etilén fokozza, mely sejtmegnyúlást indukál. Eredmény: rendkívül gyors megnyúlás. Az árasztás hatására a gyökerekben csapdázódott etilén a kérgi részben aerenchima képződést indukál. Az etilén az árasztott gyökérszövetben a celluláz expresszióját indukálja, a sejtfalak feloldódása a programozott sejthalál része. 7. Az auxinok szerepe a tropizmusokban. Az auxinok receptorai, jelátvitele. Az auxinok fiziológiai hatásai: A tropizmusok a./ Fototropizmus A fény egyenlőtlen auxineloszlást okoz: sötét oldalon több IES. Nincs növekedés a csúcs összes auxintartalmában. Az alacsony fényintenzitáson működő fototrópos fotoreceptor: PHOT1 (fototropin1) • Kék fény aktiválja, kék fény hatására a fehérjerész foszforilálódik • Kromofór csoport: flavinmononukleotid (FMN) • Kis mólsúlyú, PMkötött • A NONPHOTOTROPIC HYPOCOTYL 1 (NPH1) lokusz nullmutációja → az NPH 1 fehérje az apoprotein • Autofoszforilálódó Ser/Thre protein kináz A fototropizmus fényintenzitás függése • 1. pozitív görbület: csúcsi régió, a reciprocitás törvénye érvényes, a PHOT1 oldalirányú foszforilációs grádiense a maximumig • Neutrális zóna: a másik oldal is maximálisan foszforilálódik (a nagyobb fényintezitás miatt) • 2. pozitív görbület: a bázis foszforilálódik a megvilágított oldalon PHOT2: a nagy fényintenzitást érzékelő fototrópos fotoreceptor 11 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz. • A phot1 nullmutánsok nagy fényintezitáson pozitív fototróposak • A PHOT2 is fényfüggő autofoszforilációra képes Ser/Thre kináz • A phot2 mutánsok megtartják a fototrópos választ • A phot1 phot2 kettős mutánsok nem mutatnak fototropizmust • Hasonló szerkezet A PHOT1 és PHOT2 receptor szerkezete A. A PHOT1 protein kék fényfüggő autofoszforilációja (autoradiogramm) D: dark, BL: kék fény, WT: vad típus, phot15: mutáns Csak a membrán frakcióban történik autofoszforiláció kék hatására, a fehérje PMkötött. B. B) Az N terminális régióban két LOVdomén van (regulated by light, oxygen, voltage), az FMNt kötik. C. C) Két kromofór van b./ A gravitropizmus • Pozitív vagy negatív ortotrópos • Plagiotrópos (az inger irányával szöget zár be), diatrópos inger irányára merőleges) növekedés • Prezentációs idő: az a minimális idő, amíg az ingernek hatnia kell • Látens idő: a prezentációs idő után mért időtartam, amíg az elhajlás megjelenik • Küszöbinger • Percepció és indukció fény (az Az auxin receptorai: 1. sejtfelszíni receptor, ABP1, a sejtmegnyúlást serkentő auxinkötő protein • ABP1 protein (au xin binding pr otein) • ER lokalizációs jel (KDEL) • Dimer, kukoricában 5 ABP1 gén • a fehérje nagy része az ERhez kötött • 2%a PMlokalizált • nem vesz részt minden auxinválaszban • az ATPáz PMbe irányuló transzportját serkenti Az ABP1 auxinreceptor működése és a jelátvitel elemei A sejtciklus aktiválása: MAP kinázokon keresztül Ca2+ csatorna aktivitással a citoszolikus, szabad [Ca2+ ] megemelése A heterotrimer Gprotein közvetítésével a foszfolipáz A2 aktiválása, a lizofoszfatidilkolin proteinkinázokat aktivál A citoszolikus pH csökkentése 0,2es pH egységgel (ATPáz aktiválás) 2.: sejtmagban lokalizálódó receptor Fbox típusú (TIR1/AFB család) auxinkötő protein Az ubiquitin E3 ligáz komplex (SCF, több alegységből áll) sejtmagi auxin receptorként funkcionál. Az auxin a TIR1hez köt. ATPfüggő ubiquitináció után az AUX/IAA represszor lebomlik. Az auxinindukálta géneket az AUX/IAA fehérjék represszálják. Az auxinindukált gének promóterében az auxin válaszelemekhez (AuxRE, TGTCTC) kötődő auxinválasz faktorok (ARF) a represszor lebomlása után serkentik a transzkripciót. Az IES által indukált génexpresszió jellemzői: • Primér válaszgének: nem kell fehérjeszintézis 12 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz. Csoportjaik: Aux/IAA gének, SAUR (sm all au xin upre gulated) gének, GH3 géncsalád, GSTszerű gének, ACC szintáz gének • Szekunder válaszgének: a transzkripciós faktoraik IES jelenlétében szintetizálódnak, cikloheximid gátol • AuxRe (auxin response elements) válaszelemek a promóterben A gibberellinek fiziológiai hatásai. A gibberellinek által indukált jelátviteli folyamatok jellemzése és 8. ismertetése az αamiláz gén expressziójának bemutatásával. „Foolish seedlings”: A rizs „bakanae”, bolond csíranövény nevű betegségét Kurosawa írta le: a növények hosszú, gyönge szártagokkal rendelkeznek és sárgulnak A betegséget a Gibberella fujikuroi nevű gomba toxinja okozta, amelyet gibberellinnek neveztek el. C20as, C19es gibberellinek A legfontosabb fiziológiailag aktív gibberellinek: gibberellin A1 , gibberelinsav, gibberellin A4 Fiziológiai hatásai: 1. A megnyúlásos növekedés serkentése Rozettás és a törpe növények internódiumai növekedésének serkentése A GS1 helyettesíti a hosszú nappalt a rozettás növények internódiumának megnyúlásában, és nem induktív feltételek mellett indukálja a virágzást. Az árasztott rizs (deepwater rice) növekedése az vízborítottság kialakulása után: 1. A vízborítottság csökkenti az O2 parciális nyomását a szövetekben →etilénszintézis indukciója 2. Az etilén az endogén GS1 gyel szemben érzékenyebbé teszi a szöveteket 3. A GS1 sejtmegnyúlást indukál az interkaláris merisztémában 4. Az endogén GS1 serkenti a sejtciklust is. EREDMÉNY: 25 cm/nap növekedési sebesség ő magvak számának csökkenése: a gibberellinek őn belül követi a G2 fázisban lév 1.A GS1 kezelést rövid id serkentik a G2 – M átmenetet. 2. A GS fokozta egy ciklin dependens proteinkináz (CDC2) és két mitotikus ciklin gén expresszióját. 3. A GS serkentette a CDC2t aktiváló kináz expresszióját is (CAK). 1. A gibberellin nem okoz turgornövekedést és előzetes ozmotikus adaptációt. 2.A GS csökkenti a megnyúláshoz szükséges küszöbturgort. 3. A GS növeli a sejtfal extenzibilitását: a növekedést limitáló keresztkötések elvágásával XILOGLÜKÁNENDOTRANSZGLÜKOZILÁZ Ez lehetővé teszi az expanzinok gyorsabb diffúzióját a sejtfalban 2. A gibberellin serkenti a magvak és rügyek nyugalmi állapotának megszakítását Fontos a nyugalmi állapotot fenntartó abszcizinsav és a gibberellinek aránya. 3. A gibberellinek az auxinokkal együtt szabályozzák az apikális dominanciát A csúcsrügyben szintetizálódó auxin gátolja az oldalrügyek kihajtását. A csúcs eltávolítása vagy a citokininek megfordítják a hatást. A gibberellinek erősítik az auxinok apikális dominanciát eredményező hatását. Az indolecetsav hatására a gibberellinsav1 fokozottan szintetizálódik 4. A gibberellinek szabályozzák a virágzást • juvenilis fázisból reproduktívba való átmenetet indukálnak nyitvatermőkben • adult fázist juvenilissé fordítják borostyánban • gyorsítják a virágrügyek képződését és növelik azok számát • magas gibberellin/auxin arány a hím virágok képződésének kedvez 5. A gibberellinek szabályozzák a termés képződését és fejlődési folyamatait • egyes fajokban (körte, citromfélék) fokozzák a terméskötést) • lokálisan növelik a termés méretét • partenokarpiát idéznek elő • egyes termésekben gátolják a termésérést 6. A GS3 partenokarp termések kialakulását indukálja 7. A GS serkenti a magvak csírázását 13 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz. A gibberellinek hatása a csírázásra, és az αamiláz indukciójának molekuláris mechanizmusa A GS3 az αamiláz indukciót a transzkripció szintjén aktiválja: A gélretardációs kísérletben a gibberellinnel kezelt aleuronsejtekből származó fehérje kötődése a promóterhez lassította a DNS mozgását a gélben A GS3 hatására indukálódó • primér válaszgének terméke a GAMYB transzkripciós faktor • ez aktiválja az αamiláz gén promóterének GARE elemeihez (gibberellin válasz elem) kötődve a transzkripciót Az αamiláz szintézise az durva felszínű ERen történik, a lumenben a BiP közvetítésével Ca2+ ot köt, majd szekretálódik az apolasztba. Az αamiláz egy endohidroláz, ami megkezdi a keményítő kristályok emésztését, az amilóz és az amilopektin hidrolízését a keményítőszemeken belül. 9. A gibberellinek bioszintézise, a szerkezet és aktivitás viszonya. Az gibberellinszint szabályozásának endogén és környezeti tényezői. Bioszintézis: 1. Az első lépés a ciklizáció: a proplasztiszban lokalizálódik az A és a B gyűrű záródását a kopalildifoszfát szintáz (CPS), a C és D gyűrűét a kaurén szintáz (KS) katalizálja KO: kaurén oxidáz gátolják a kvaterner ammónium és foszfónium tartalmú retardánsok (AMO 1618) 2. A GS12aldehid keletkezése oxidációs reakciókban az endoplazmatikus retikulumban Cyt P450függő monooxigenázok katalizálják gátlószer: triazol típusú retardánsok (Paklobutrazol, Unikonazol) KO: kaurén oxidáz; KAO: kaurénsav oxidáz 3. A GA12 oxidációja gibberellinsavvá korai C13as oxidáció 14 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz. dioxigenázok katalizálják citoszolban történik gátlószerek: ciklohexántrion típusú retardánsok Korai 13as hidroxiláció, majd ezt követően a 20as C atom oxidációja: GS20 oxidáz A GS bioszintézis kulcsenzimei, a GS 3βhidroxiláz és a GS 20oxidáz a végtermék GS1 feedback gátlása alatt állnak Az endogén gibberellinszint szabályozásának lehetőségei 1. A gibberellinek bioszintézise Egyes lépéseit a törpe kukorica mutánsokban fedezték fel. 2. A gibberellinek bioszintézisét két környezeti tényező szabályozza (fény, hőmérséklet) • a nappalok hosszúsága, hosszúnappalon a GS1 prekurzorának, a GS20 nak mennyisége nő • a fitokróm, amely a 3β hidroxiláz enzim expresszióját fokozza saláta magban • a vernalizáció, amely megnöveli a virágzásindukcióban aktív GS9 mennyiségét a hajtáscsúcsban 3. A gibberellinek inaktiválódása • 2es pozícióban hidroxilálódás • 2es pozícióban glükóz konjugátum kialakulása • a 7es karbonsav glükozilészter származéka hidrolizálódik, raktározott forma 10. A citokininek fiziológiai és morfogenetikai hatásai, szerepük a sejtosztódás szabályozásában. Citokinin: purinvázas, sejtosztódást indukál, kallusztenyészet növekedését fenntartja (auxinnal együtt) Fejlődésélettani hatások • Sejtosztódás, differenciálódás szabályozása • Organogenezis szabályozása • Sejtmegnyúlás serkentése (sziklevelek) • Serkentik a kloroplasztiszok érését (intracelluláris morfogenezis) • Jelzik a növény Nellátottságát • Szabályozzák az öregedést • Tápanyageloszlásban a sink erősségét növelik (sinksource viszonyok) A sejtosztódás szabályozása Hosszú interfázis, rövid mitótikus fázis G1 és G2fázisokban a sejttömeg növekszik DNS replikáció az S fázisban, citokinézis az M fázisban Zeatin szintbeli csúcsok S fázis végén, G2/M átmenetnél és késő G1 fázisban Mesterségesen adagolt citokinin sejtosztódást indukál 2 fontos regulációs pont: 1. kritikus restrikciós pont a G1 fázis vége: itt dől el a sejt sorsa az újabb osztódási ciklus vagy a differenciálódás felé 2. pont a G2/M határa A fázisok közti átmenetet ciklindependens proteinkinázok (CDK) és más enzimek szabályozzák. Azt, hogy melyik válik aktívvá, a regulációs alegységeik, a ciklinek megjelenése dönti el (G1 végén a D ciklinek, ezek közül különösen fontos a CycD3). 15 A dokumentum bármely részének, bármilyen módszerrel, technikával történő másolása és terjesztése tilos! © www.whyz. A CDK aktivitás regulációja: ciklin szintézis és lebontás (proteaszómával a citoszolba) CDKfoszforiláció/defoszforiláció (2, treonin és tirozinfoszforilációs hely, foszforilálódva az egyik aktiváló, másik gátló hatású) Vegetatív szervek organogenezise: A citokininek gátolják a gyökérsejtek osztódását (kék=DAPIval festett sejtmagok). A citokininek serkentik a hajtás növekedését és a levelek kifejlődését. A citokininek gátolják a gyökérnövekedést, a járulékos gyökérképzést. A természetes citokinin szintek a gyökérben gátló hatásúak. (Kloroplasztiszok érése Etioplasztiszok Az etiolált növények „kloroplasztisza”. A proplasztiszból való kloroplasztisz átalakulás során fény hiányában keletkezik. Nincs színes klorofill molekulája, de erős benne a protoklorofillid szintézis. A membránlipidek prolamelláris testekké szerveződnek, ami szemikristályos hálózatos fázis (75 %a lipid). A citokininek a fény hatására beindított kloroplasztisz érést serkentik. Egyéb fejlődésélettani hatások A nitrogén ellátottság hatása A gyökér jó Nellátása hatására: nő a gyökérbeli citokinin akkumuláció megváltozik a gyökérzet morfológiája nő a hajtásba szállított citokinin mennyisége Gyökérhajtás kommunikáció, információ a Nellátottságról Az öregedés (szeneszcencia) szabályozása • Öregedés = lebontási folyamatok irrverzibilissé válnak • Különbség a szervek és a növényegyed öregedése között • tápanyagelszívó merisz