Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/"

Marcela Matějková
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

2 LRR/OBBC LRR/OBB Obecná biologie

3 Cíl přednášky Popis základních principů hormonální regulace růstu a vývoje živočichů a rostlin, představení jednotlivých rostl. hormonů a jejich funkce. Klíčová slova hormon, signalizace, cytokinin, auxin, etylen, kys. abscisová, giberelin.

4 Živočichové vs. rostliny Živočichové - nervový systém - humorální systém (vysoce specializovaný, orgánově specifické žlázy s vnitřní sekrecí) Rostliny -několik skupin hormonů plnících různé funkce - synergismus x antagonismus -účinek (stimulace x inhibice) závisí na koncentraci hormonu - rychlá regulace aktivity (zvýšená biosyntéza, metabolická inaktivace, transport, degradace) -účinné koncentrace jsou velmi nízké ( M)

5 Schéma přenosu signálu u rostlin Signál Vnější (světlo, teplota, gravitace, vlhkost) Vnitřní (hormony, metabolity, genetická informace) Fosforylace Receptor Zesilovač (secondary messenger) Reakce Převzato z přednášky M. Fellnera Intracelulární (pro lipofilní hormony => snadno difundující membránou) Membránové (povrchové) (pro hormony rozpustné ve vodě => neschopné procházet membránou) Cyklický AMP a GMP, diacylglycerol, inositol-trifosfát, Ca 2+ ionty Exprese genů, indukce aktivity kanálů a pump, atd.

6 Hormony řídí všechny fáze vývoje rostlin Zrání plodu Klíčení Embryogeneze Dormance semen Růst a větvení Oplození Vývoj květu

7 Syntéza, transport, percepce, signalizace a odpověď Produkce aktivního hormonu Odpověď Vazba do receptoru Transport H Přenos signálu Odpověď

8 Syntéza, transport, percepce, signalizace a odpověď Syntéza Konjugace H De-konjugace H Degradace H Fosforylace proteinů Defosforylace Proteolýza Transkripce Regulace iontových kanálů P

9 Fytohormony auxiny cytokininy gibereliny kys. abscisová ethylen brassinosteroidy fenolické látky Účinek v koncentracích M Ostatní růstové regulátory polyaminy, oligosacharidy účinek až při mnohem vyšší koncentraci

10 AUXINY

Historie We must therefore conclude that when seedlings are freely exposed to a lateral light some influence is transmitted from the upper to the lower part, causing

11 Historie We must therefore conclude that when seedlings are freely exposed to a lateral light some influence is transmitted from the upper to the lower part, causing the latter to bend. Coleoptile drawing from Darwin, C., and Darwin, F. (1881) The power of movement in plants. Available online. Photograph of Darin statue by Patche99z

Auxin a fototropismus auxein = růst lat.

precedes tropic growth responses. Proc. Natl. Acad. Sci.

12 Auxin a fototropismus auxein = růst lat. buněčná délka koncentrace auxinu Akumulace auxinů na stinné straně způsobí ohyb. Esmon, C.A. et al. (2006) A gradient of auxin and auxin-dependent transcription precedes tropic growth responses. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103: Friml, J., et al. (2002) Lateral relocation of auxin efflux regulator PIN3 mediates tropism in Arabidopsis. Nature 415:

13 Auxin a dlouživý růst WATER AUXIN

14 Struktura 2,4,5-T ~ Agent Orange

15 Fototropismus a dlouživý růst IAA IAA aktivace ATPase snížení ph v buněčné stěně destabilizace vodíkových vazeb v buněčné stěně + aktivace lytických enzymů

16 Auxiny a apikální dominance IAA Postraní pupeny inhibovány Uvolnění z inhibice po dekapitaci apexu Aplikace IAA na ránu po dekapitaci navozuje inhibici

17 Auxiny a buněčné dělení Auxiny regulují buněčné dělení - stimulují buněčnou proliferaci

18 CYTOKININY

19 Historie Bakteriální infenkce (Agrobacterium tumefaciens) způsobuje tvorbu nádorů

20 Nástroj genového inženýrství pro transformaci rostlin cizími geny Kalus (nedifercované pletivo) lze pěstovat na živném médiu Rostlinná buňka po zabudování T-DNA a expresi jejích genů produkuje látky stimulující buněčné dělení ~ cytokinezi

Struktura 1940-1950 Skoog a Miller izolace prvních cytokininů N 6 -substituent Adenin kinetin Cytokininy (sledí = N

21 Struktura Skoog a Miller izolace prvních cytokininů N 6 -substituent Adenin kinetin Cytokininy (sledí = N 6 DNA) -substituované zeatin deriváty (nezralý adeninu N 6 - sustituent aromatický endosperm x isoprenoidní kukuřice)

22 Fyziologická funkce Cytokinin oxidáza/dehydrogenáza CKX (Galuszka et al. 1999) Cytokinin deficientní rostliny mají redukovanou nadzemní část WT 35S::AtCKX Cytokininy stimulují růst nadzemní části Nástroj pro studium funkce endogenních cytokininů

23 Regulace růstu prýtu WT Cytokinin deficientní rostliny mají redukovaný apikalní meristém SAM (shoot apical meristem) 35S::AtCKX Cytokininy řídí normální růst apikálního meristému

24 Regulace růstu kořene WT 35S::AtCKX Cytokinin deficientní rostliny mají zvětšený kořenový systém Cytokininy potlačují růst primárního kořene

25 Organogeneze kořeny prýt Cytokininy společně s auxiny regulují organogenezi Nediferen cované pletivo (kalus) Cytokininy růst nadzemní části Auxiny růst kořenů

Ovlivnění výnosu a tolerance vůči stresu Rýže

rezistentní vůči suchu z důvodu oddálené senescence.

(2005) Cytokinin oxidase regulates rice grain

26 Ovlivnění výnosu a tolerance vůči stresu Rýže akumulující cytokininy tvoří více zrn vlivem změn ve stavbě květenství. Rostliny tabáku produkující více cytokininů jsou rezistentní vůči suchu z důvodu oddálené senescence. Wild-type zvýšené CK Ashikari, M. et al. (2005) Cytokinin oxidase regulates rice grain production. Science 309: , with permission from AAAS; Rivero, R. M. et al. (2007) PNAS 104:

27 GIBERELINY

28 Historie 30. léta minulého století - houba Gibberella fujikuroi způsobuje vybíhání a poléhání rostlin rýže GA

29 Struktura Cyklické diterpeny, tzv. gibanová struktura

30 Fyziologická funkce Zvyšování násady plodů Stimulace dlouživého růstu

31 Green revolution Green Revolution ve 20. století byla dosažena zvýšeným využitím hnojiv a vyšlechtěním odrůd pšenice se zakrslým růstem. Norman Borlaug Odrůdy pšenice se zakrslým růstem investují méně energie do růstu stonku a více do produkce zrn. Nižší vzrůst značně omezuje poléhání a následné ztráty při sklizni. Photos courtesy of S. Harrison, LSU Ag center and The World Food Prize.

32 Gibereliny a stimulace klíčení GA indukuje tvorbu amylázy, která hydrolyzuje škrob v endospermu na jednoduché cukry. SLADOVNICTVÍ GA GA amyláza cukry škrob Embryo Endosperm Aleuronová vrstva Images by Prof. Dr. Otto Wilhelm Thomé Flora von Deutschland, Österreich und der Schweiz 1885 and Chrisdesign.

33 Ethylen

34 Historie r pozorován opad listů u stromů v blízkosti pouličních lamp na svítiplyn (obsahuje ethylen) intenzivní výzkum až pomocí plynové chromatografie

gravitropie Navození senescence listů, květů, plodů

35 Fyziologická funkce Trojná odezva - inhibice dlouživého růstu radiální růst (změna polarity) ztráta gravitropie Navození senescence listů, květů, plodů Inhibitory ethylenu oddalují stárnutí (udržování řezaných květin)

36 Abscise (opad) listů Princip sklizně bavlny - bavlník je ošetřen látkou zvyšující syntézu ethylenu, který vyvolá opad listů, bavlna je pak sbírána mechanicky. Air (control) 7 days ethylene Cotton plants Auxin GA Ethylen navozuje senescenci listů a květů. Ethylene

37 Kys. abscisová (ABA)

38 Regulace hospodaření s vodou Cl - A - channel K + in channel K + H 2 O

39 Zdroje použitých obrázků: Taiz and Zeiger, Plant Physiology, Sinauer Associates, Investice do rozvoje vzdělávání

Podobné dokumenty

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/07.0354 LRR/OBBC LRR/OBB Obecná biologie Rostlinná pletiva II. Mgr. Lukáš Spíchal, Ph.D. Cíl přednášky Popis struktury a funkce rostlinných