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ETILENE: un ormone gassoso Germinelli esposti alletilene mostrano una serie di cambiamenti morfologici denominati collettivamente come risposta tripla.

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Presentazione sul tema: "ETILENE: un ormone gassoso Germinelli esposti alletilene mostrano una serie di cambiamenti morfologici denominati collettivamente come risposta tripla."— Transcript della presentazione:

1 ETILENE: un ormone gassoso Germinelli esposti alletilene mostrano una serie di cambiamenti morfologici denominati collettivamente come risposta tripla

2 Pisello

3 Mutante etr ppm etilene Ricerca di mutanti nella via delletilene La risposta tripla che consiste in: - Ipocotile corto e rigonfiato - Uncino apicale esagerato - radici più corte / crescita orizzontale delle radici Arabidopsis

4 ctr1 (constitutive triple response1)

5 La crescita delle cellule della parte interna è inibita a causa della presenza di etilene La luce rossa inibisce la formazione delletilene e quindi promuove laccrescimento della parte interna il gancio si apre Lincurvamento dellapice è dovuto allaccrescimento asimmetrico causato dalletilene (parte esterna cresce di più della parte interna) WT (senza e con etilene)

6 se KO: niente gancio apicale e alterata pattern di geni che rispondono allauxina Se OE: gancio costitutivo in assenza di etilene Ormoni e fotomorfogenesi: auxina La formazione del gancio potrebbe dipendere da un gradiente di auxina dipendente dalletilene (analogo al gradiente laterale di auxina che si forma durante la curva fototropica), infatti: Hookless (hls1) con etilene

7 Via di biosintesi dellEtilene

8 Degradazione dellEtilene

9 Altri effetti Epinastia: foglie incurvate in basso Promozione della formazione di peli radicali

10 Letilene viene prodotto in condizioni di stress (es anossia da allagamento) ACC è il precursore delletilene

11 Abscissione delle foglie indotta da etilene: Trattando una pianta con etilene si causa labscissione delle foglie wt etr1 Una pianta che esprime un recettore insensibile diventa insensibile alletilene

12 Due-tre file di cellule degradano la parete e i protoplasti si rigonfiano respingendo le due parti

13 Domesticazione La domesticazione comporta quasi sempre la mancata formazione degli strati di abscissione a livello del seme Frumento coltivato Cereale selvatico

14 Early domestication event Le varietà di riso Nipponbare e Kasalath differiscono per la facilità con cui perdono il seme a maturità Trovata una mutazione puntiforme nel promotore che impedisce lattacco di un regolatore trascrizionale Il gene non è più espresso nel tessuto e non si forma più il layer di abscissione a livello del seme Just one base change out of 15,000 Konishi et al., (2006) Science 312:

15 Maturazione dei frutti Diversi frutti hanno un picco di produzione delletilene di tipo autocatalitico. Aumenta la respirazione (consumo di O 2 e produzione di CO 2 ).

16 Il pomodoro in cui lACC ossidasi è inibita non matura completamente, ma matura se esposto alletilene. I frutti climatterici producono etilene quando maturano (e rispondono alletilene accelerando la maturazione)

17 Climaterio: produzione di etilene I frutti non climaterici non hanno un aumento della produzione di etilene e della respirazione

18 Protasio Pereira et al., (2005) Ethylene production and Acc oxidase gene expression during fruit ripening of Coffea arabica L. Braz. J. Plant Physiol. 17: Wild type (left) and antisense ACC oxidase (right) melons harvested 38 days post-pollination, stored at 25ºC for 10 days. Diversi gruppi lavorano su etilene e maturazione

19 Il prodotto del gene Etr1 era il miglior candidato per il recettore: la proteina espressa in lievito lega etilene Quali sono i componenti della via delletilene?

20 Etr: sistema a due componenti His-kinasi

21 Eto (ethylene overproducer) Constitutive triple response in the absence of the hormone (CTR1)CTR1 ctr1 è un regolatore negativo della via

22 Insensitive mutants that do not show a triple response in the presence of ethylene (ETR1, ETR2, EIN4, EIN2, EIN3, EIN5, EIN6, EIN7)ETR1EIN2EIN3 Diversi alleli etr1 tendono a mostrare lo stesso fenotipo

23 Via di trasduzione del segnale per letilene La sovraespressione di SIMKK equivale alla inattivazione di CTR1 (vedi due slide prima) Ctr1 è un regolatore negativo inattivato dalletilene Epistasi!!

24 Effetti sui canali anionici (potenziale di membrana)

25 Applicazioni commerciali Maturazione dei frutti (accelerata o rallentata) Senescenza dei fiori STS = Tiosolfato dargento (inibisce lazione delletilene)

26 Etilene e inibitori della sua azione sono usati per accelerare o ritardare la maturazione dei frutti Etephon

27 Factors affecting ethylene biosynthesis Stimulation of ethylene biosynthesis by: developmental state (fruit ripening) environmental conditions (stress) other plant hormones (auxin, cytokinin) physical and chemical injury (wounding)

28 Gibberelline

29 Pianta di riso infettata dal fungo Gibberella fujikuroi che causa la malattia nota come piantina sciocca (pianta molto più alta e senza semi) Da filtrati di coltura del fungo è stato isolato nel 1938 lacido gibberellico. In seguito si sono isolate le gibberelline anche dalle piante (oltre 120 molecole diverse, ma tutte simili) Up to 40% of the yield of rice was lost due to this disease

30 Biosintesi delle gibberelline in pianta Acido Abscissico Etilene da Met, Auxina da Trp, citokinina da ATP/ADP e DMAPP

31 GGPP plastidiale GA 1 La disponibilità di un saggio biologico ha permesso la quantificazione delle attività e la purificazione delle varie forme

32 Tutte le gibberelline conosciute hanno uno scheletro derivato dallent- kaurene con 20 o 19 atomi di C Nelle GA C19 il C20 è stato rimosso per ossidazione e forma un anello lattonico con il carbossile in C19

33 Le gibberelline stimolano lallungamento degli internodi GA promuove allungamento dello scapo fiorale Specialmente in piante nane o con gli internodi corti Effetti delle Gibberelline

34 Mutanti della via biosintetica in verde i mutanti di Arabidopsis ga5 e ga4 hanno un fenotipo debole perchè esistono diverse isoforme

35 Dove è espresso Cps (copalil-PP sintasi)? Meristema Antere Semi Embrione in quei tessuti che accumulano maggiormente gibberellina

36 I mutanti nani di Mendel sono un esempio di via biosintetica bloccata Mutante le di pisello Il mutante le è nano perchè non sintetizza GA 1. Il trattamento con GA 1 recupera il fenotipo. Il contenuto di GA1 correla con la lunghezza degli internodi

37 Il trattamento con gibberelline: - accorcia la fase giovanile - influenza la determinazione del sesso - stimola sviluppo del polline - germinazione di semi - fruttificazione e partenocarpia - ritarda la senescenza di fiori e frutti Effetti su: germinazione allungamento ipocotile transizione di fase: da crescita vegetativa a riproduttiva crescita Le gibberelline sono presenti nei tessuti vegetali - Semi immaturi: ppm - Tessuti vegetativi: 1-10 ppb

38 La transizione da fase vegetativa a fase riproduttiva è sensibile a molti fattori: stimoli come un periodo freddo, laccorciamento (o lallungamento) dei giorni, lo stress idrico (siccità) e il trattamento con ormoni possono causare la transizione Screening di mutanti di Arabidopsis che non fiorivano mai o che fiorivano precocemente Short day Long day

39 Fascismo molecolare gigantea (fiorisce tardi) lhy cca1 (early flowering) Mutante cpl3 (caprice-like3) Early flowering and larger (endoreduplication) Alcuni esempi di mutanti Quali altri mutanti sono alterati nella fioritura? Fitocromo e Criptocromo (cry2 is late flowering in LD)

40 Regolazione long days (via fitocromo) e freddo (inverno) es: cavolo biennale Molti stimoli ambientali vengono tradotti poi in cambiamenti negli ormoni: Es. il freddo (inverno) stimola la sintesi di GA e induce la fioritura Piante winter annual senza vernalizzazione vanno in fioritura molto più tardivamente. Linduzione è la combinazione dello stimolo da fotoperiodo e di quello da freddo

41 Temperatura 0 giorni di vernalizzazione100 giorni di vernalizzazione a 4°C Arabidopsis found in cooler temperate regions often do not flower until exposed to a period of cool winter temperatures

42 Mutanti di Arabidopsis thaliana alterati nella fioritura Putterill et al. (2004) Moltissimi geni sono implicati nel controllo della fioritura

43 Come la durata del giorno influenza la fioritura in A. thaliana? La durata del giorno determina il ritmo circadiano ce viene misurato attraverso PhyB e Cry. Questo a sua volta influenza la fioritura regolando la trascrizione di FKF1 Leffetto del ritmo circadiano sulla fioritura è mediato dalle proteine FKF1, CONSTANS (CO) e FLOWERING LOCUS T (FT) In sunlight most P gets converted to P fr form. After a long night most reverts to P r. At dawn, most P gets converted to P fr again.

44 Mutante in FRI Introduction of H51 FRI allele into Li5. Wild-type Li5 is shown on the left. A late-flowering primary transformant following Agrobacterium-mediated transformation of Li5 with a functional FRI allele is shown on the right. Both plants were photographed once they had flowered (after 3 months for the transformant and 3 weeks for the parent) Johanson et al. (2000) Molecular analysis of FRIGIDA, a major determinant of natural variation in Arabidopsis flowering time. Science. 290(5490): A requirement for vernalizationthe acceleration of flowering that occurs during a 3- to 8-week period of cold temperature (4°C)has been bred in many crops to produce winter/spring varieties. In Arabidopsis la dipendenza dalla vernalizzazione è dovuta a un singolo locus Li5: allele Fri non funzionale Li5 con allele Fri funzionale

45 FLD: fenotipo dei mutanti Phenotype of fld mutants. (A) fld mutants flower later than wild-type plants in long days. (B) A single node on the main inflorescence stem of fld-3 showing an aerial rosette. (C) FLC dependence of fld phenotype. The fld-1 flc-3 double mutant flowers early like flc-3.

46 Vie / geni che regolano la fioritura

47 Fitocromo e GA La stimolazione della germinazione mediata dal fitocromo in lattuga è mediata dallaumento nella sintesi di GA Concentrazione degli intermedi delle gibberellineo della GA1 (attiva) Trascrizione della 3β idrossilasi (catalizza la conversione GA20 GA1 )

48 GA e fioritura Numerosi passaggi della sintesi di GA sono alterati dalla lunghezza del giorno: in Arabidopsis giorni lunghi aumentano lespressione del gene GA20ox1 estensione del fusto e fioritura.

49 La manipolazione dei livelli di GA è un modo per ottenere mutanti nani La mutazione di geni coinvolti nel metabolismo / risposta alla gibberellina è alla base della rivoluzione verde Green revolution: A mutant GA20-Ox gene in rice wild type IR8 (sd1)

50 control (var. Mercia) semi-dwarf Rht-B1b semi-dwarf Rht-D1b Gli alleli mutanti di Gai in frumento (Rht, Reduced height) e mais (D8) codificano per proteine con un N terminale alterato `Green revolution' genes encode mutant gibberellin response modulators

51 Mutanti di Arabidopsis Il mutante gai è una pianta nana. Il gene codifica per proteine DELLA

52 DELLA agisce come un repressore Quando GA interagisce con il recettore si lega a DELLA Linterazione porta alla degradazione di DELLA che non può più reprimere la trascrizione

53 GA viene prodotta nellembrione e agisce sullendosperma promuovendo la trascrizione nellaleurone di geni come l α-amilasi (dove lenzima idrolizza lamido) Lembrione può essere sostituito con GA Germinazione di semi (mobilizzazione delle riserve ) Cellule dellaleurone

54 La GA stimola la trascrizione Laumento di mRNA di GAMYB precede laumento di trascrizione della α-amilasi.

55 Quali sono i messaggeri che partecipano alla trascrizione della α-amilasi?

56 Trasduzione del segnale Trasduzione del segnale della GA

57 Evidenze coinvolgimento proteine G: 1-Produzione α -amilasi indotta da GA è inibita da analogo GDP che lega subunità α delle proteine G ma non scambia con GTP 2- mutante Dwarf-1 in riso. Ha un difetto di sintesi della subunità α delle proteine G Calcio e cGMP: -aumentano entrambi in seguito a trattamento con GA -se tengo basso calcio, ho produzione α -amilasi ma non secrezione calcio cGMP GA

58 GA e la crescita La crescita dipendente da GA comporta sia lallungamento che la divisione cellulare (aumena il numero di cellule e la loro lunghezza). Lallungamento è stimolato per primo ed è mediato da un aumento nellestensibilità della parete (abbassano la soglia di cedevolezza).

59 Lapplicazione di GA stimola la divisione cellulare Lauxina promuove la biosintesi di GA. Questo rende difficile separare leffetto di un ormone dallaltro

60 Referenze p/Pages/hormones.htmlhttp://www.botany.utoronto.ca/ResearchLabs/McCourtLab/Mothershi p/Pages/hormones.html


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