Botanik 1 Föreläsning 080512 Johan Edqvist johed@ifm.liu.se
Arabidopsis thaliana Modellsystemet nr 1 inom molekylär genetisk växtforskning
Embryoutveckling i Arabidopsis polaritet Det färdiga växtembryot saknar blommor, riktiga blad, stam och lateral rötter
Utvecklingsfaser 1. Embryogenes 2. Vegetativ utveckling 3. Reproduktiv utveckling
The secret behind plants flexibility is their stem cells which are localized in active meristems stamceller
Meristem är samlingar av celler i vissa delar av växter där celldelning sker för tillväxt på bredden eller längden. Meristem är celler som inte ännu differentierats, utan fortfarande kan bildas till vilken typ av celler som helst, och alltså kan vara råmaterial för en helt ny planta.
Apikala skott meristemet Apikala rot meristemet
Växthormoner Molekylär struktur Syntes (Var, hur) Transport Effekt Mekanism Auxin, Cytokinin, Abscicic acid, Etylen & Gibberillin
AUXIN Darwins experiment (1880) Fototropism Signal från koleoptilspets ger böjning mot ljuset Signal = Auxin Auxin påverkar cellelongering Cellelongering på skuggsidan
AUXIN
AUXIN Signal ger böjning utan ljus
AUXIN Frits W. Went isolerade auxin 1926
AUXIN Isolerades av Frits W. Went 1926 Naturlig auxin Syntetisk auxin (Herbicid) Syntetisk auxin (Adventivrötter)
AUXIN IAA syntetiseras i vävnader med aktiv celldelning och tillväxt: Apikala skottmeristemet Unga blad Unga frukter Frö Apikala rotmeristemet Auxinackumelering i ett ungt blad. Visat genom uttrycket av en GUSreporter gen.
AUXIN Tryptofan Flera syntesvägar Tryptofan-beronde och tryptofan- oberoende syntesvägar Auxin
AUXIN Förekommer i konjugerade former
AUXIN Transporteras polärt (oberoende av gravitation)
AUXIN Phloem Epidermis och cortex Polär auxintransport är basipetal (mot basen) i skott och rötter. Polär transport sker i vaskulära parenkymceller. Men auxin transporteras också icke-polärt och acropetalt i floemet mot rotspetsen.
AUXIN Polär transport
pin1 mutant of Arabidopsis Localization of the PIN1 protein
Embryoutveckling i Arabidopsis Auxin etablerar polariteten vid embryoutveckling
The plant hormone auxin becomes polarly localized in higher plant embryos DR5rev::GFP Friml et al 2003. Nature 426:147-153 Kepinski & Leyser 2003. Nature 426: 132-134
AUXIN Auxin stimulerar tillväxt av lateralrötter, men inhiberar rotelongering. Arabidopsis thaliana Col-0 ecotype plants were grown on unsupplemented medium (Haughn and Somerville, 1986) for 6 d, then transferred to unsupplemented medium (A) or medium supplemented with 10 nm IAA (B), 100 nm 2,4-D (C), 100 nm NAA (D) or 10 µm IBA (E) and grown for 6 additional days. (F) Plants were grown on various concentrations of natural and synthetic auxins for 8 d.
AUXIN Apikal dominans
AUXIN Stimulerar fruktutveckling
AUXIN
AUXIN Stimulerar differentiering av vaskulär vävnad
AUXIN Effekt Stimulerar cellelongering (ex. fototropism) Apikal dominans Stimulerar utveckling av lateral och adventivrötter Stimulerar fruktutveckling Stimulerar differentiering av vaskulär vävnad
AUXIN
AUXIN -AUXIN
AUXIN +AUXIN
Cytokinin Cytokinin liknar adenine!!
Cytokinin Syntes I rotspetsar Embryo, frukt, blad (och andra vävnader med aktiv celldelning) Transport I xylem från rot till skott Effekt Krävs för celldelning vid in vitro odling Regelerar celldelning i skott och rötter Inhiberar bladens åldrande (senescence)
Cytokinin AtCKX1/2 =-cytokinin Cytokinin reglerar celldelning in vivo
Cytokinin
Cytokinin undertrycker rottillväxt wt -cytokinin
Cytokinin Inhiberar åldrande normal +cytokinin
Cytokinin Cytokinin/auxinkvot reglerar utveckling av rötter och skott i vävnadskulturer rot knopp callus
Cytokinin 2-komponent signalsystem styr cytokininsignalering
Cytokinin AHP: Histidine phosphotransfer protein 2-komponent system CRE1: Cytokinin receptor
ARR: Arabidopsis response regulators Type-B ARR: Transcription factors Type A ARR: Negative regulators of cytokinin signalling
Cytokinin CRE1 AHP Type-B ARR
Etylen Gas Syntetiseras från metionin Syntes främst i åldrande eller mognande vävnader (frukt)
Etylen Trippelrespons Kortare, tjockare, horisontell växt Etylen inhiberar cellelongering Etylen stimulerar lateral cellexpansion
Etylen
Etylen Etylen stimulerar fruktmognad
Etylen Äpple Banan Päron Mango Avokado Tomat Plommon Etylen stimulerar fruktmognad
Etylen Klimakteriska frukter utsöndrar etylen och när denna process startar, mognar frukten mycket snabbt.
Etylen
Etylen
Etylen
Etylen Etylen påskyndar bladfällning-abscission +etylen -etylen Muterad etylen receptor
Etylen Arabidopsis etr1 mutant etr1: ethylene-resistant 1 etr1: saknar trippel respons ETR1: etylen receptor ETR1: 2-komponent histidinkinasreceptor
Etylen Etylenbindning inaktiverar receptorn. Etylen responsen aktiveras. Utan etylen är receptorn aktiv. Etylen responsen avstängd. Receptorn är en negativ regulator av etylenresponsen!
Etylen Närvaro av etylen ETR1 och CTR1 är inaktiva. EIN2 blir då aktivt. Aktivering av EIN2 leder till att transkriptionsfaktorerna EIN3 och ERF1 aktiveras. Resultatet blir uttryck av etylenresponsgener. Frånvaro av etylen CTR1 aktiveras av ETR1 CTR1 aktiverar ett annat kinas (MAPK?) Etylenresponsen undertrycks
Etylen
Abscisic acid (ABA) Syntes I blad och rötter Transport Phloem (från blad) och xylem (från rötter)
Abscisic acid (ABA)
ABA Syntetiseras från karotenoider
Abscisic acid (ABA) Viviparous-mutant (vp1) i majs Okänslig för abscisic acid Mutantfrön gror på moder plantan
Abscisic acid (ABA) Reglerar frömognad och frövila Hindrar frögroning Vid torka inhiberar abscisic acid skottilväxt men stimulerar rottillväxt Stänger klyvöppningar vid vattenstress
Abscisic acid (ABA) ABA stänger klyvöppningarna
Abscisic acid (ABA) Reglerar klyvöppningar via in och utflöde av Ca2+, K+, Cl- och malate2- joner
ABA Reglerar klyvöppningar
Gibberelliner (GA) Fler än 125 olika gibbereliner har identifierats Tetracykliska terpenoider
Gibberelliner (GA) Upptäcktes av japanska forskare på 1920-talet Risplantor som blev tokigt långa bakanae eller foolish seedling disease efter infektion av svampen Giberella fujikoroi. 1958 isolerades GA från rosenbönan Phaseolus coccineus.
GA GA syntetiseras via Terpenoid pathway. Innehåller syntessteg i plastider, ER och cytosol.
Gibberelliner (GA) Syntes av GA sker i många olika vävnader
Gibberelliner (GA) Fenotyper hos Arabidopsis plantor med mutationer vid olika steg av GA syntesen.
Gibberelliner (GA) Stimulerar tillväxt GA stimulerar både celldelning och cellelongering Dvärgmutant Gröna revolutionen 60- o 70-talet Ris, vete Dvärgmutanter +Gibberellin
Gibberelliner (GA) GA stimulerar både celldelning och cellelongering Tillsats av GA påverkar dvärgmutant men inte vildtyp.
Gibberelliner (GA) GA3 kan inducera bolting och blomning i kål
Gibberelliner (GA) Påverkar fruktutveckling Thompson Seedless +Gibberelin (GA3)
Gibberelliner (GA) Reglerar frövila och frögroning GA 100 pp miljard GA 1 pp miljard Vatten
Gibberelliner (GA) Reglerar frövila och frögroning korn GA verkar i aleuronelagret
Samspel mellan GA och ABA Tobak Brassica Styr frövila och frögroning
Samspel mellan GA och ABA Styr frövila och frögroning
Gibberelliner (GA)
Gibberelliner (GA)
Gibberelliner (GA)