Gibberelliny
Biosyntéza vychází z terpenoidu geranylgeranyldifosfátu. Vznik ent-kaurenu je první krok vlastní dráhy biosyntézy giberelinů.
Ze stejných počátků vychází také dráha biosyntézy brassinosteroidů a kyseliny abscisové.
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.
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).
Discovered in association with Foolish disease of rice (Gibberella( fujikuroi) uninfected infected
The classic gibberellin response: elongation of stems.
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
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
CaM = kalmodulin Ca2+ vazebný protein či příbuzné kinázy jsou součástí každé vápníkové reakce buňky.
INTERMEZZO
[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.
elativně nízká mobilita Ca2+ v cytoplasmě a rychlé odčerpávání možňuje kompartmentaci /prostorovou lokalizaci vápníkového signál
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.
INTERMEZZO pokračuje
Chybějící článek Jak receptorové kinázy aktivují Ropázy?
14 x u Arabidopsis.
RLK RopGEF RopGTP pravděpodobně představuje široce využívaný signální modul v rostlinné buňce. Viz. dále např. podíl Rop na regulaci signálu kyseliny abscisové.
Zpět ke gibberelinům
Green revolution
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.
Podobně je tomu u dalších fytohormonů!
GA obecně stimuluje ontogenetické fázové přechody a buněčné dloužení/diferenciaci. Tak působí proti identitě meristémů.
První známé bíolkoviny GA signální dráhy
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
Hlavními negativními regulátory GA jsou DELLA bílkoviny
GIBBERELINY nemají zřetelnou DNA vazebnou doménu a interagují tedy pravděpodobně s DN prostřednictvím jiných bílkovin. Arabidopsis = RGA, GAI a 3xRGL Rýže = SLR1
Pozitivními regulátory GA signálu jsou GID2(GA insensitive dwarf2) u rýže a SLY1 (SLEEPY1) u Arabidopsis
Oba kodují vysoce homologní F- box podjednotku SCF E3 ligázového komplexu.
Receptorem GA v cytoplasmě je GID1 nový typ bílkovin příb. lipázám
GA receptor je lokalizován v jádře.
GID1 over-expr. GID1 a DELLA/SLR1 interagují
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.
Degradace řízená E3- SCF ubiquitin ligázou je jádrem řady signálních drah u rostlin Podobně IAA (TIR1)
fra2 mutant ukazuje na souvislost GA a dynamiky MTs FRA2/AtKSS = katanin, stříhá MTs
Brassinosteroidy
BRI1 je RLK, která po aktivaci interaguje s dalšími kinázami. Pro další přenos signálu jsou klíčové fosfatázy.
BRI1 je příkladem důkladně "promutovaného" lokusu. Proto jsou
Arabidopsis má více než 600 RLKs a rýže přes 1000. Multiplikace RLKs je pravděpodobně spojena především s obranou proti fytopatogenům.
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.
Signální endosom v BR dráze. Internalizovaný Aktivní Receptor V endosomu Je aktivní Dokud není Defosforylován. SERK3=BAK1
Eukaryotické dvoukomponentní signální moduly v recepci a přenosu signálů cytokininů a ethylénu.
Hlavně prokaryota AHK AHP ARR Eukaryota Klíčovou roli hraje "průtok" fosforylace. Histidin Aspartát a příp. ještě jednou
TFs "biol.hodiny"
Cytokininy
Cytokinins
Cyt - (Gr.) hollow vessel; cell Kin - (Gr.) to move
isopentenyl transferáza Biosyntéza
Function of cytokinins Promotes cell division. Morphogenesis. Lateral bud development. Delay of senescence. Stomatal opening. Rapid transport in xylem stream.
Interaction of cytokinin and auxin in tobacco callus tissue
auxin cytokinin
také WOL (wooden leg) cre1/wol chybí v kořeni floém a tvoří se jen xylém.
Studují to v Brně, výv. zárodečného vaku. TFs "biol.hodiny"
Ethylen
Ethylene H H \ / C = C / \ H H
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.
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)
Yang s cycle Transcriptional regulation inhibitor - stříbro
(ETO1) (e.g. CDPK)
Triple response of etiolated seedlings with ethylene short hypocotyl thick radial growth apical hook formation
Screening of ethylene response mutants Constitutive ethylene response in air (CER) ETO CTR Ethylene resistant/insensitive in ethylene (ETR/EIN)
etr1-1 with ethylene in dark Screening of mutagenized seed population with ethylene in dark
CTR1 je homolog RAF/MAPKKK kinázy a váže kys. fosfatidovou (PA)
Receptory etylénu jsou aktivní na ER. a interakcí se tam lokalizuje také CTR1
I v signalizaci etylénu hraje roli reg. degradace bílkovin.
Analýza signálních drah v protoplastech Jen Sheen lab
Arabidopsis Mesophyll Protoplasts Are Viable and Responsive
High Transfection Efficiency of Mesophyll Protoplasts Maize Arabidopsis Maize PEG-Calcium Electroporation
Functional Genomic Analyses of Plant Signal Transduction in Arabidopsis
Auxin Signaling in Maize Mesophyll Protoplasts
ytokinin Signaling in Arabidopsis Mesophyll Protoplasts
Stimuli Sensors/Receptors M A P K C itogenctivated rotein inase ascades Arabidopsis Genes MAPKKKs > 25 MAPKKs 9 MAPKs 23 /Groups 7 4 5 Transcription Factors Primary Response Genes Secondary Response Genes Functional Genomic Approach
Příklad NPK1(MAPKKK) potlačuje auxinový signál.
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??
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
ABA
Dormant buds of a hickory. ABA tends to promote dormancy while GA promotes growth.
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!
Viviparní kukuřice. např VP1
Hypotézy o působení ABA na vývoj semene. Důležité je rozlišení mateřské ABA, která přichází zvenčí (membr.rec.?) a endogenní embryonální (rozp. receptor?).
Existují pravděpodobně dva typy receptorů pro ABA - membránový a cytoplasmatický. Dosud nejsou známy.
KYSELINA KYSELINA ABSCISOVÁ ABSCISOVÁ
Abscisic acid je prekurzorem ABA
Nepřímá dráha štěpením violaxantinu!
ABA metabol ism
cadpr=cyklická ADP ribosa.
Rop10 je negativním regulátorem ABA drah.
ABA a cukry interagují
Sugar Signalling
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.
GIN2 je AtHXK1 Glukosa u WT brzdí deetiolaci.
Cukry interferují se všemi "fytohormony"
(met)ja kyselina (met)jasmonová
reakce na poranění a interakce s patogeny
= PLA
INTERAKCE S ETYLENEM A DALŠÍMI
a také E3 ligáza COI1 je F-box!
PEPTIDY JAKO SIGNÁLY