Biosyntéza vychází z terpenoidu geranylgeranyldifosfátu. Vznik ent-kaurenu je první krok vlastní dráhy biosyntézy giberelinů.

Transkript

1

2 Gibberelliny

3 Biosyntéza vychází z terpenoidu geranylgeranyldifosfátu. Vznik ent-kaurenu je první krok vlastní dráhy biosyntézy giberelinů.

4

5 Ze stejných počátků vychází také dráha biosyntézy brassinosteroidů a kyseliny abscisové.

6 Effects of Gibberellins General cell elongation. Breaking of dormancy in some plants which require stratification or light to induce germination. Promotion of flowering. Transport is non-polar, bidirectional producing general responses.

7 Další funkce GA Stimulates enzyme production (a-amylase) in germinating cereal grains for mobilization of seed reserves. (Beer!) Can cause parthenocarpic, seedless fruit development. Can delay senescence in leaves and citrus fruits. Induces maleness in dioecious flowers (sex expression).

8 Discovered in association with Foolish disease of rice (Gibberella( fujikuroi) uninfected infected

9 The classic gibberellin response: elongation of stems.

10 Effects of Gibberellins The cabbage plants on the left were grown on their own The plants on the right were given gibberellic acid once a week for eight weeks Notice the long stems and flowers at the top of the plants on the right They are a result of this hormone

11 GA signals to aleurone layer to switch on genes that produce amylases -- enzymes which convert starch to sugar. Barley seedling GA seed Brewers germinate barley seeds, then, once the enzymes are made, they kill the seeds to make malted

12 CaM = kalmodulin Ca2+ vazebný protein či příbuzné kinázy jsou součástí každé vápníkové reakce buňky.

13 INTERMEZZO

14 [Ca2+]i transient je součástí téměř všech reakcí na podněty vnějšího i vnitřního prostředí rostliny. (př. sekrece a amylasy z aleuronu obilnin v reakci na GA) Bývá obvykle jednou z prvních/nejrychlejších reakcí na podnět.

15

16

17 elativně nízká mobilita Ca2+ v cytoplasmě a rychlé odčerpávání možňuje kompartmentaci /prostorovou lokalizaci vápníkového signál

18 Reakce aleuronových buněk obilnin na GA je nejlépe dokumentovaný případ účasti α-podjednotky trimerní GTPázy na přenosu signálu u rostlin. Obecně trimerní GTPázy hrají u rostlin minoritní roli v recepci a přenosu signálu. Důležitými faktory jsou pravděpodobně receptorové kinázy a malé Rho GTPázy ROP.

19 INTERMEZZO pokračuje

20 Chybějící článek Jak receptorové kinázy aktivují Ropázy?

21 14 x u Arabidopsis.

22

23 RLK RopGEF RopGTP pravděpodobně představuje široce využívaný signální modul v rostlinné buňce. Viz. dále např. podíl Rop na regulaci signálu kyseliny abscisové.

24 Zpět ke gibberelinům

25

26 Green revolution

27

28

29

30 GA 20-oxidázy a GA 3-oxidázy katalyzují poslední kroky biosyntézy aktivních GAs. GA 2-oxidázy naopak inaktivují GAs. Aktivita signální dráhy GA je pevně negativně-zpětnovazebně spojena se syntézou GA. Např. u mutantů s konstitutivně aktivní GA dráhou (rga u Arabidopsis, slr1 u rýže) je snížena hladina GA 20-oxidázy a GA 3-oxidázy, a tedy také hladina GA.

31 Podobně je tomu u dalších fytohormonů!

32

33 GA obecně stimuluje ontogenetické fázové přechody a buněčné dloužení/diferenciaci. Tak působí proti identitě meristémů.

34

35 První známé bíolkoviny GA signální dráhy

36 SPY (SPINDLY,Arabidopsis)=Ser/Thr O- N-acetylglukosamin (GlcNAc) transferáza je negativním regulátorem GA signálu. Připojením GlcNAc na Ser či Thr interferuje s fosforylací, která předchází ubiquitinaci stabilizuje inhibitory GA signálu. Patří mezi geny, které šlechtitelé nevědomky modifikovali při šlechtění na zkrácení stébla = Zelená revoluce

37 Hlavními negativními regulátory GA jsou DELLA bílkoviny

38 GIBBERELINY nemají zřetelnou DNA vazebnou doménu a interagují tedy pravděpodobně s DN prostřednictvím jiných bílkovin. Arabidopsis = RGA, GAI a 3xRGL Rýže = SLR1

39

40 Pozitivními regulátory GA signálu jsou GID2(GA insensitive dwarf2) u rýže a SLY1 (SLEEPY1) u Arabidopsis

41

42 Oba kodují vysoce homologní F- box podjednotku SCF E3 ligázového komplexu.

43

44

45

46 Receptorem GA v cytoplasmě je GID1 nový typ bílkovin příb. lipázám

47

48

49 GA receptor je lokalizován v jádře.

50

51

52 GID1 over-expr. GID1 a DELLA/SLR1 interagují

53

54 Jak přesně GID1 a SLR1 interagují s SCF GID2 není jasné. Ale podobnosti s dalšími dráhami jsou nápadné zvl. srovnej s TIR1 receptorem pro IAA z předchozí přednášky.

55 Degradace řízená E3- SCF ubiquitin ligázou je jádrem řady signálních drah u rostlin Podobně IAA (TIR1)

56 fra2 mutant ukazuje na souvislost GA a dynamiky MTs FRA2/AtKSS = katanin, stříhá MTs

57

58

59

60 Brassinosteroidy

61

62

63

64

65

66 BRI1 je RLK, která po aktivaci interaguje s dalšími kinázami. Pro další přenos signálu jsou klíčové fosfatázy.

67

68 BRI1 je příkladem důkladně "promutovaného" lokusu. Proto jsou

69 Arabidopsis má více než 600 RLKs a rýže přes Multiplikace RLKs je pravděpodobně spojena především s obranou proti fytopatogenům.

70

71

72

73

74 BIN2 je PK shaggy fam. a be BR fosforylací stimuluje degr TFs BES1 a BZR1 BSU1 je jaderná Fosfatáza. V tomto schematu schází KAPP která inaktivuje Aktivní BRI1/BAK1=SERK Komplex.

75 Signální endosom v BR dráze. Internalizovaný Aktivní Receptor V endosomu Je aktivní Dokud není Defosforylován. SERK3=BAK1

76

77 Eukaryotické dvoukomponentní signální moduly v recepci a přenosu signálů cytokininů a ethylénu.

78 Hlavně prokaryota AHK AHP ARR Eukaryota Klíčovou roli hraje "průtok" fosforylace. Histidin Aspartát a příp. ještě jednou

79 TFs "biol.hodiny"

80

81

82 Cytokininy

83 Cytokinins

84 Cyt - (Gr.) hollow vessel; cell Kin - (Gr.) to move

85 isopentenyl transferáza Biosyntéza

86 Function of cytokinins Promotes cell division. Morphogenesis. Lateral bud development. Delay of senescence. Stomatal opening. Rapid transport in xylem stream.

87 Interaction of cytokinin and auxin in tobacco callus tissue

88 auxin cytokinin

89

90 také WOL (wooden leg) cre1/wol chybí v kořeni floém a tvoří se jen xylém.

91

92 Studují to v Brně, výv. zárodečného vaku. TFs "biol.hodiny"

93

94

95

96 Ethylen

97 Ethylene H H \ / C = C / \ H H

98 Functions of ethylene Gaseous in form. Rapid diffusion. Affects adjacent individuals. Fruit ripening. Senescence and abscission. Interference with auxin transport. Initiation of stem elongation and bud development.

99 Ethylene (C 2 H 4 ) Discovery of ethylene Illuminating gas - senescence and abscission -ethylene Bioassay (triple responses) Chemical nature of ethylene Gas (gas chromatography) Membrane permeable insoluble Biological significance of ethylene in plants Germination Seedling growth Organ senescence and abscission Fruit ripening (climacteric fruits - biosynthesis of ethylene)

100 Yang s cycle Transcriptional regulation inhibitor - stříbro

101 (ETO1) (e.g. CDPK)

102 Triple response of etiolated seedlings with ethylene short hypocotyl thick radial growth apical hook formation

103 Screening of ethylene response mutants Constitutive ethylene response in air (CER) ETO CTR Ethylene resistant/insensitive in ethylene (ETR/EIN)

104 etr1-1 with ethylene in dark Screening of mutagenized seed population with ethylene in dark

105 CTR1 je homolog RAF/MAPKKK kinázy a váže kys. fosfatidovou (PA)

106

107 Receptory etylénu jsou aktivní na ER. a interakcí se tam lokalizuje také CTR1

108

109 I v signalizaci etylénu hraje roli reg. degradace bílkovin.

110

111 Analýza signálních drah v protoplastech Jen Sheen lab

112 Arabidopsis Mesophyll Protoplasts Are Viable and Responsive

113 High Transfection Efficiency of Mesophyll Protoplasts Maize Arabidopsis Maize PEG-Calcium Electroporation

114 Functional Genomic Analyses of Plant Signal Transduction in Arabidopsis

115 Auxin Signaling in Maize Mesophyll Protoplasts

116 ytokinin Signaling in Arabidopsis Mesophyll Protoplasts

117 Stimuli Sensors/Receptors M A P K C itogenctivated rotein inase ascades Arabidopsis Genes MAPKKKs > 25 MAPKKs 9 MAPKs 23 /Groups Transcription Factors Primary Response Genes Secondary Response Genes Functional Genomic Approach

118 Příklad NPK1(MAPKKK) potlačuje auxinový signál.

119 Plant MAPK Signaling Cascades 2001 Plant Arabidopsis Tobacco Alfalfa Arabidopsis Tobacco Signal Bacterial Elicitor Oxidative Stress Fungal Elicitor Salt Stress Abiotic Sresses Mitosis Cytokinesis Sensor FLS2? AtHK1? MAPKKK AtMEKK1 AtANP1 (NtNPK1) AtMEKK1 NtNPK1 (AtANP1) MAPKK AtMKK4/5 (NtMEK2) (MsSIMKK) NtMEK2 (AtMKK4/5) (MsSIMKK) MsSIMKK (AtMKK4/5) (NtMEK2) AtMKK1/2 (NtSIPKK) NtMEK1 ** MAPK AtMPK3/6 AtMPK3/6 (NtWIPK/SIPK) (MsSAMK/SIMK *) NtSIPK/WIPK (AtMPK3/6) (MsSAMK/SIMK *) MsSIMK (AtMPK6) (NtSIPK) AtMPK4 (MsMMK2) NtNtf6 ** (MsMMK3) Target Genes PAL(+) GST6, HSP18.2 (+) GH3, ER7 (-) HMGR(+) PAL (+)??? Negative Regulator AtMKP1??? MsMP2C? AtPTP1? AtMKP1? AtPTP1??

120 Summary MAPK cascades play a central role in intracellular signaling MAPK cascades are involved in stress and hormonal signaling MAPK cascades mediate both positive and negative controls Manipulation of MAPK cascades confers multiple stress protection

121

122 ABA

123 Dormant buds of a hickory. ABA tends to promote dormancy while GA promotes growth.

124

125 Functions of abscisic acid General growth inhibitor. Causes stomatal closure. Inhibits stomatal opening. Readily translocated. Produced in response to stress. Řada interakcí s cukry jako signály!

126 Viviparní kukuřice. např VP1

127 Hypotézy o působení ABA na vývoj semene. Důležité je rozlišení mateřské ABA, která přichází zvenčí (membr.rec.?) a endogenní embryonální (rozp. receptor?).

128 Existují pravděpodobně dva typy receptorů pro ABA - membránový a cytoplasmatický. Dosud nejsou známy.

129 KYSELINA KYSELINA ABSCISOVÁ ABSCISOVÁ

130 Abscisic acid je prekurzorem ABA

131

132 Nepřímá dráha štěpením violaxantinu!

133 ABA metabol ism

134 cadpr=cyklická ADP ribosa.

135 Rop10 je negativním regulátorem ABA drah.

136

137

138 ABA a cukry interagují

139 Sugar Signalling

140

141 Hexokináza (HXK volná či vázaná) katalyzuje aktivační fosforylaci glukosy, která tak vstupuje do metabolismu. HXK funguje jako SENZOR průtoku glukosy - sama vstupuje do jádra či prostřednictvím interagujících bílkovin (HIPs) ovlivňuje genovou expresi.