A növényekben hidegstressz hatására lezajló folyamatok áttekintése
A növényeket természetes környezetükben kétféle alacsony hımérsékleti stressz érheti: a molekuláris biológiai folyamatok mőködési hımérséklete (~25 °C) szempontjából szuboptimális, de fagypont feletti hımérsékletnek (<20 °C), illetve a fagypont alatti hımérsékletnek (<0 °C) való kitettség. Utóbbi az inter- és intracelluláris jégképzıdés, valamint a membránok és fehérjék funkcióromlással járó szerkezeti átalakulása miatt komoly károkat okozhat a növényi szervezetben, valamint a talajvíz megfagyásának elıidézésével gátolja a víz- és tápanyagfelvételt. Ezeken a folyamatokon keresztül ozmotikus és oxidatív stresszt, dehidratációt is okozhat a növényben, emellett rontja a fotoszintetikus mőködés és a transpiráció hatásfokát. Azonban a külsı hımérséklet csökkenésének érzékelése lehetıvé teszi olyan molekuláris védekezési mechanizmusok aktiválódását még a visszafordíthatatlan károkat okozó, fagypont alatti hımérséklet elérése elıtt, melyek segítségével a növény anyagcseréjének és fejlıdési folyamatainak átprogramozásával felkészülhet az alacsony hımérsékleti stressz hatásainak kivédésére, kikerülésére. Ez a folyamat a hidegakklimáció. A fejlıdési ritmus, a vegetatívból a generatív állapotba történı átmenet hımérsékleti tényezıktıl függı idızítését gabonafélékben pedig a vernalizáció folyamata garantálja, melynek során bizonyos növényfajokban, genotípusokban a virágzás csak hosszabb-rövidebb hideg periódus hatására következik be, biztosítva ezzel, hogy a hidegre rendkívül érzékeny generatív forma ne a kedvezıtlen idıszak alatt alakuljon ki.
Az elsıdleges jelet az alacsony hımérséklet által aktivált jelátviteli folyamatban valószínőleg a sejtmembrán fizikai tulajdonságainak hideg által okozott megváltozásai szolgáltatják (a membránfluiditás csökken, a membrán rigidebbé válik, ami bizonyos enzimek aktivitásának megváltozását okozza, valamint közvetlenül is befolyásolja a fehérjék konformációját). A sejtmembránban lezajló fizikai változások jelét érzékelı receptormolekula még mindig ismeretlen, feltehetıen a membránokhoz kapcsolódó hisztidin-kinázok vagy kalcium csatornák látják el ezt a feladatot (Monroy és Dhindsa, 1995). Ezen kívül a jégkristályok képzıdése ozmotikus és az esetleges sejtkárosodás miatt oxidatív stresszt is elıidéz a növényben, ami szintén szignálként is funkcionáló molekulák (pl. reaktív oxigéngyökök) felszabadulását eredményezi (összefoglalva: Van Breusegem és mtsai., 2001;
Foyer és Noctor, 2009).
A másodlagos, immár kémiai jelet a hideg-stressz molekuláris hatásai miatt képzıdı, illetve felszabaduló reaktív oxigéngyökök és szignál lipidek (pl. foszfatidsav), valamint a Ca2+-csatornák mőködésének megváltozása miatt bekövetkezı intracelluáris Ca2+ -koncentráció-emelkedés alkotja. Ezen kívül stressz-hormonok (pl. abszcizinsav, jazmonsav) is felszabadulnak, amik egyrészt szintén jeltovábbító szerepet töltenek be, másrészt az intercelluláris térbe és a szállítórendszerbe lépve segítik a jel – biotikus stresszekkel szembeni rezisztencia kialakulásában már felismert jelentıségő – szisztémás elterjedését (összefoglalva:
Pieterse és van Loon, 1999; Shah, 2009). A jel felerısítését a Ca2+ belsı raktárakból (endoplazmatikus retikulumból), illetve az extracelluláris térbıl a citoszolikus térbe történı áramlását segítı folyamatok (Ca-burst kialakítása), valamint a kináz kaszkádok aktivációja segíti (Kacperska, 2004; Chinnusamy és mtsai., 2004). Ezek a változások transzkripciós faktorok aktiválódását eredményezik a sejtmagban, melyek további, szabályozó szerepet betöltı kulcsgéneket kapcsolnak be, melyek mőködése a génexpressziós mintázat megváltozását eredményezi. Ez de novo fehérjeszintézis, illetve transzkripciós és poszt-transzlációs fehérjemódosítások révén a fehérjemőködés megváltozását, enzimek
aktiválódását, inaktiválódását okozza, végeredményében a metabolom, a sejt anyagcseréjének átrendezıdését eredményezi.
Alapvetıen két csoportba lehet osztani a növényben hideg hatására lezajló molekuláris eseményeket: egyrészt a fagyállóság növelését célzó változásokra, másrészt az egyedfejlıdési ciklus stádiumainak idızítését szabályozó változásokra. Mindkettı a növény túlélését és a szaporodás hatékonyságának növelését segíti elı. A fagyállóság növelését, a hideg-stressz hatásainak kivédését krioprotektánsok (pl. poliszacharidok, prolin, AFP (Antifreeze Protein)) felhalmozódása, az antioxidáns és ozmoregulációs rendszer aktiválása, a membrán lipidösszetételének fluiditást növelı megváltozása és a fehérjék szerkezetét védı hısokkproteinek, LEA (Late Embryogenesis Abundant) fehérjék, chaperonok akkumulációja segíti elı. A generatív szaporító szervek kialakulásának idızítését a hajtáscsúcsban a vernalizációs rendszeren keresztül, a sejtosztódás és sejtdifferenciáció szabályozásán át hajtja végre a növény. A hormonális rendszer megváltozása mindkét folyamatban szerepet játszik:
egyrészt a fotoszintetikus aktivitást is befolyásoló, szisztémás jelátviteli rendszer részeként (abszcizinsav, jazmonsav), másrészt a sejtosztódást, sejtmegnyúlást és -differenciálódást szabályozó hatásával a növekedés, fejlıdés ütemét a megváltozott környezeti adottságoknak megfelelıen alakítja, a hideg hatására aktiválódó, szintén igen energiaigényes védekezési folyamatokkal összehangolja.
(A növényekben hideg hatására aktiválódó, általános molekuláris folyamatokat az 1. Ábra foglalja össze.)
1. Ábra Az alacsony hımérsékleti stressz hatására aktiválódó molekuláris folyamatok kölcsönhatási sémája. (A kérdıjelekkel jelölt folyamatok, kölcsönhatások még nem teljesen ismertek, feltérképezésük jelenleg is folyik.) (A Szerzı ábrája)
Ám a fagyállóság növelését és a virágzás ütemezését szabályozó mechanizmusok nem csak egymással állnak folyamatos, nagyon összetett kölcsönhatásban, hanem egyéb, az anyagcsere aktivitását befolyásoló környezeti tényezıket érzékelı, illetve azok szabályozása alatt álló
rendszerekkel is. Ilyen a fotoperiodizmus és a cirkadián óra rendszere, a vízháztartás és a tápanyagfelvétel szabályozó rendszere, a fényintenzitásra és fényminıségre reagáló rendszer, valamint a biotikus stresszek és a sebzıdés hatására aktiválódó rendszer. Tehát a növény ténylegesen mutatott megjelenési formáját, a fenotípust a genom és a környezeti tényezık között folyamatosan mőködı, komplex interakciók „konklúziója” alakítja ki. A ténylegesen megfigyelhetı fenotípusos tulajdonságok, például a növény növekedési üteme, a vegetatívból a generatív állapotba történı átmenet idızítése, az elért fagytőrés mértéke mind ezen folyamatok kölcsönhatásainak az eredıi.
A hidegakklimáció és a fagyállóság kialakulását szabályozó rendszer
A mérsékelt éghajlati övben a termesztett, ıszi gabonafélék télállósága és megfelelı terméshozama szempontjából nélkülözhetetlen az optimális fagyállóság elérése. A növény genetikai háttere által lehetıvé tett, maximális fagyállóság a hidegakklimációs folyamatok következtében alakul ki (Takahashi és Yasuda, 1971; Levitt, 1980). Ennek hiányában a gabonanövények már -3 °C és -5 °C közötti hımérséklet hatására kifagynak, míg a genotípustól függı maximális fagyállóságot elérve akár -20 és -30 °C közötti fagyot is túlélhetnek (Limin és Fowler, 1985). A megszerzett fagyállóság mértéke függ a hidegakklimáció idıtartamától (Fowler és mtsai., 1999a), valamint a hımérséklettıl: 10 °C és 0 °C között fordított arányosság figyelhetı meg az akklimáció mértéke és a kezelési hımérséklet között (Paulsen, 1968; Gusta és mtsai., 1982a).
Az akklimáció során a süllyedı, de még fagypont feletti hımérséklet hatására gyors jelátviteli útvonalak aktiválódnak a növényben, melyek transzkripciós faktorok és egyéb, hideg által szabályozott kifejezıdéső gének aktivációjához vezetnek, amik megnövelt fagyállósági szintet eredményeznek (Thomashow, 1999). Ez az összetett válasz Arabidopsis modellnövényen végzett kutatások alapján alapvetıen két rendszerre osztható attól függıen, hogy az abszcizinsav (ABA) részt vesz –e a jelátviteli folyamatokban, vagy sem (Gilmour és Thomashow, 1991; Shinozaki és Yamaguchi-Shinozaki, 2000; Shinozaki és mtsai., 2003). A legfontosabb szerepet ebben a folyamatban az ICE-CBF-COR rendszernek tulajdonítják (ICE:
Inducer of CBF Expression, CBF: C-Repeat Binding Factor, COR: Cold-Regulated Gene), amit az abszcizinsavtól független jelátviteli út részének gondolnak, és megfigyelték, hogy hideg hatására azonnali, gyors választ produkál (Chinnusamy és mtsai., 2003).
Az elsı lókusz, amit gabonafélékben a fagyállóság kialakításával kapcsolatban azonosítottak, az 5A kromoszómán elhelyezkedı FR-1 (Frost Resistance 1) lókusz volt (Sutka és Snape, 1989; Sutka és mtsai., 1999; Galiba és mtsai., 1995). Kobayashi és munkatársai (2005) azt feltételezik, hogy a Vrn-A1 allélhoz szorosan kapcsolt Fr-A1 allél játsza a fı szerepet a CBF-ek által közvetített COR/LEA aktivációban. Ám mivel ez a lókusz a legtöbb tanulmányban a VRN1 génnel közösen szegregál (Roberts, 1990; Hayes és mtsai., 1993;
Galiba és mtsai., 1995; Francia és mtsai., 2004; Galiba és mtsai, 2009), az sem kizárható, hogy az FR-1 lókuszon nem független gén van jelen, hanem csupán a VRN1 gén pleiotróp hatását mutatták ki a vizsgálatok.
A fagyállóság különbözı búza és árpa genotípusok között megfigyelhetı, természetes variációjának háttereként térképezett másik lókusz az FR-2 lókusz. Ez szintén az 5-ös homeológ csoport kromoszómáinak hosszúkarján helyezkedik el, a VRN1 géntıl proximális irányban kb. 30 cM távolságra. Ez a lókusz a rizs 5 tagú klaszteréhez képest a közelebbi rokon búzában és árpában a CBF gének 11-15 tagú klaszterét foglalja magában (Vágújfalvi és mtsai., 2003; Francia és mtsai., 2004, 2007; Miller és mtsai., 2006; Skinner és mtsai., 2006, Knox és mtsai., 2010). A klaszteren belül bizonyos CBF-ek csak erre a csoportra jellemzık
(Badawi és mtsai., 2007). Árpa és diploid búza (alakor) összehasonlításával megállapították, hogy a gének sorrendje a klaszteren belül konzervált (Miller és mtsai., 2006), tehát ez a génstruktúra a csoport közös evolúciós vívmánya, ami a szabályozó gének számának növelésével segíthette nagyon eltérı éghajlatú területek kolonizálását. Ez a szorosan kapcsolt régió több búza és árpa térképezési populáció vizsgálata alapján a fagyállóság mértékét meghatározó fı QTL-ként (Quantitative Trait Locus) azonosítható (Vágújfalvi és mtsai., 2003; Francia és mtsai., 2004, 2007; Båga és mtsai., 2007). A rendszer hideg hatására bekövetkezı, gyors, kontrollált aktivációja egyértelmő kapcsolatba hozható a fagyállóság emelkedésével (Kobayashi és mtsai., 2005; Kume és mtsai., 2005; Vágújfalvi és mtsai., 2005). A CBF gének szerepét részletesen Arabidopsis thaliana modellnövényben vizsgálták (Jaglo-Ottosen és mtsai., 1998; Chinnusamy és mtsai., 2003), valamint a szekvencia-homológiák alapján hasonló géneket azonosítottak árpában is (Choi és mtsai., 2002; Skinner és mtsai., 2005). Árpában 17 különbözı CBF transzkripciós faktort fedeztek fel (Skinner és mtsai., 2005; Francia és mtsai., 2007), több közülük már pár órás hidegkezelés hatására is bekövetkezı aktivációt mutatott (Jaglo és mtsai., 2001; Shen és mtsai., 2003; Stockinger és mtsai., 2007). Bár a pázsitfőfélék összehasonlító térképezési adatai alapján a gabonafélék genomjai között nagymértékő makrohomológia figyelhetı meg (Gale és Devos, 1998), s azonosítottak is általánosan elkülöníthetı CBF klasztereket (Miller és mtsai., 2006), azonban az azonosított CBF-ek egyedi szerepe még mindig nem bizonyított. A különbözı fajokban (Jaglo és mtsai., 2001; Campoli és mtsai., 2009), valamint egy fajon belül is a különbözı genotípusokban (Grossi és mtsai., 1998; Kume és mtsai., 2005; Stockinger és mtsai., 2007) ugyanis különbözı mértékő az aktivációjuk, illetve más expressziós profilt mutatnak.
Mőködésük bonyolult rendszerét tovább árnyalja, hogy bizonyos CBF gének alacsony szinten stresszmentes körülmények között is expresszálódnak, valamint expressziójuk a generatív átmenetet követıen is megfigyelhetı, ami a géntermék lassú, egyenletes akkumulációjához, s egy fajra jellemzı, alapszintő hidegtőrés kialakulásához vezethet. Ebbıl következhet, hogy – bár fagytőrésük jelentısen kisebb a vegetatív állapotban lévı, hidegedzett, ıszi genotípusú növényekéhez képest – a tavaszi genotípusú, valamint a virágzó növények is rendelkeznek bizonyos mértékő hidegtőréssel. (Ezeknek a géneknek a szabályozásában például a fajra jellemzı fejlıdési ütemet meghatározó koraiság gének játszhatnak szerepet.) Más CBF gének csak stressz hatására, de akkor gyorsan, fokozott mértékben szólalnak meg, majd aktivitásuk lecseng, s ha a hideghatás továbbra is fennáll, akkor alacsonyabb szinten, diurnális ciklus szerint expresszálódnak (Vágújfalvi és mtsai., 2005; Stockinger és mtsai., 2007; Badawi és mtsai., 2007). Utóbbiak szabályozzák valószínőleg a hidegakklimációs folyamatok révén szerzett fagyállóság kialakulását.
Maguk a CBF transzkripciós faktorok a CBF regulonhoz tartozó gének upstream szabályozó régióiban található CRT/DRE (C-Repeat / Dehydration Responsive Elements) cisz-ható elemekhez kapcsolódva serkentik a gének kifejezıdését (Baker és mtsai., 1994;
Stockinger és mtsai., 1997; Thomashow, 1999). Megfigyelték, hogy Arabidopsisban a hideg hatására megváltozott aktivitást mutató gének mintegy 20 %-a áll közvetve vagy közvetlenül a CBF transzkripciós faktorok szabályozása alatt (Vogel és mtsai., 2005). A CBF faktorok direkt célpontjai a COR (Cold Regulated), valamint a fagyás miatt bekövetkezı vízvesztés káros hatásai ellen védı DHN (dehidrin) géncsalád tagjai (Danyluk és mtsai., 1994, 1998;
Jaglo-Ottosen et al, 1998; Choi és mtsai., 1999; Dal Bosco és mtsai., 2003). (Utóbbiakat bizonyos publikációkban nem is különítik el önálló csoportként, hanem a LEA fehérjék dehidrin csoportjához tartozó COR fehérjeként nevezik meg ıket.) A Triticeae csoportban a COR gének expressziója egyértelmő korrelációt mutat a fagyállóság mértékével: a tesztek során fagyállóbbnak bizonyuló genotípusokban bizonyos COR gének termékei nagyobb mennyiségben akkumulálódtak, mint az alacsonyabb fagyállóságot mutató genotípusokban (Crosatti és mtsai., 1996; Fowler és mtsai., 1996a; Limin és mtsai., 1997; Danyluk és mtsai.,
1994, 1998; NDong és mtsai., 2002). Árpában a fagyállóság növekedése kapcsolatban áll azzal, hogy a fagyállóbb genotípusban a COR fehérje akkumulációja már magasabb hımérsékleten megkezdıdik (Rizza és mtsai., 1994). Gabonafélékben a CBF választ az Arabidopsis COR15a génjével homológ COR14b gén expressziójának emelkedése követi (Vágújfalvi és mtsai., 2000; Stockinger és mtsai., 2007). A COR15a génrıl Arabidopsisban kimutatták, hogy a gén polipeptid terméke a membránok károsodásának fı okát, a lipidek lamellárisból hexagonális II fázisba történı átmenetét akadályozza meg. Bár maga a gén a nukleuszban kódolt, de fehérjeterméke a kloroplasztisz sztrómájában lokalizált, valószínőleg a fotoszintetikus folyamatokban szerepet játszó membránok elfagyást követıen, a fénykitettség következtében kialakuló fotodegradációval szembeni védelme a feladata (Crosatti és mtsai., 1995, 1999; Rapacz és mtsai., 2008). Összességében a COR gének CBF gének mőködéséhez köthetı aktiválódása gabonafélékben nevezhetı a hidegakklimáció folyamatának megkezdıdését jelzı, leglényegesebb mozzanatnak is (Jaglo-Ottosen és mtsai., 1998).
A bemutatott rendszer a sejtek anyagcseréjét alapvetıen befolyásoló hatása, túlélésüket meghatározó szerepe miatt sokrétő szabályozás alatt áll. Legfontosabb szabályozó eleme a MYC (Myelocytomatosis Oncogene) típusú ICE transzkripciós faktor, ami a CBF gének promóterében megtalálható MYCR (MYC Responsive Element) elemekhez kapcsolódva, valamint a MYBR (MYB Responsive Element) elemekhez kapcsolódó MYB15 (Myelocytoblastosis Oncogene) represszort gátolva serkenti a CBF gének expresszióját (Badawi és mtsai., 2008; Chinnusamy és mtsai., 2003). A CBF gének mellett az ICE a hidegakklimáció folyamatában szerepet játszó egyéb szabályozó faktorok, például a ZAT12 represszor expresszióját is befolyásolja (Benedict és mtsai., 2006). A ZAT12 faktorról bebizonyították, hogy reaktív oxigénszármazékok képzıdésével járó stresszhatás esetén például a citoszolikus APX1 (Ascorbate Peroxidase 1) gén expressziójának megindításához szükséges (Rizhsky és mtsai., 2004). Maga az ICE1 gén folyamatosan expresszálódik, alacsony hımérséklet általi aktivációja a fehérjetermék térszerkezeti változásán keresztül történik, ami ezért rendkívül gyors választ tesz lehetıvé (Thomashow és mtsai., 2001;
Chinnusamy és mtsai., 2003). Az ICE fehérje aktivitását a HOS1 (High Expression of Osmotically Responsive Genes 1) és SIZ1 faktorok befolyásolják, poszt-transzlációs módosítások révén. A HOS1 gén olyan ubiquitin E3 ligázt kódol, ami az ICE fehérjét proteolízis általi degradáció útjára tereli (Lee és mtsai., 2001), a SIZ1 gén terméke, egy SUMO E3 ligáz viszont az ICE1 fehérje szumoilációjának segítségével megvédi a fehérjét az ubiquitin által közvetített proteoszómás degradációtól (Miura és mtsai., 2007). Miura és mtsai. (2007) kimutatták azt is, hogy ez a folyamat elengedhetetlen az ICE1 hideg hatására bekövetkezı, génexpressziót érintı regulációs hatásainak kifejezıdéséhez. A CBF transzkripció az ICE1 aktiváló hatása mellett negatív visszacsatolási kontroll alatt áll egyes CBF géntermékek (Arabidopsisban pl. a CBF2) (Novillo és mtsai., 2004), valamint egyéb géntermékek (pl. a már említett ZAT12 és ZAT10 transzkripciós faktorok) által (Guo és mtsai., 2002; Vogel és mtsai., 2005). Poszt-transzkripciós szabályozó mechanizmusok (pre-mRNS splicing, kis RNS-ek által befolyásolt (pre-mRNS export és degradáció), a megvilágítottság napi ritmusa, a fotoperiodizmus (Hayes és mtsai., 1997; Limin és Fowler, 2006; Stockinger és mtsai., 2007; Lindlöf, 2010) és diurnális ciklusok (Badawi és mtsai., 2007) szintén befolyásolják az expressziójukat, valamint a hidegakklimációs folyamatok kialakulását (Gong és mtsai., 2002; Xiong és mtsai., 2002; Mastrangelo és mtsai., 2005; Palusa és mtsai., 2007).
A COR14b gén expressziója a hideghatás és feltételezhetıen a CBF géntermékeken keresztül az ICE aktivitása mellett további faktorok által is befolyásolt. Lokalizációjából fakadóan ezek közül a legfontosabb a fény minısége, a vörös és a kék fény, valamint ma még ismeretlen, kloroplasztiszhoz köthetı faktorok (Crosatti és mtsai., 1999; Dal Bosco és mtsai., 2003, Franklin és Whitelam, 2007).
(Az ICE-CBF-COR rendszert és szabályozásuk fıbb komponenseinek kölcsönhatását a 2.
Ábra foglalja össze.)
2. Ábra Az ICE-CBF-COR rendszer legfontosabb szabályozó elemeinek mőködési sémája. (A kérdıjelekkel jelölt folyamatok, kölcsönhatások még nem teljesen ismertek, feltérképezésük jelenleg is folyik.) (A Szerzı ábrája)
Azonban a hideghatás által indukált génexpressziós változások nem csupán a CBF regulonhoz köthetık (Fowler és Thomashow, 2002; Yamaguchi-Shinozaki és Shinozaki, 2005). Ismert, hogy exogén abszcizinsav kezeléssel hideghatás hiányában is kialakítható fagyállóság a növényekben (Chen és Gusta, 1983). Ezt megerısítendı ABA-deficiens mutánsok vizsgálata során kimutatták, hogy fagyállóságuk abszcizinsavas kezeléssel a vad növényekhez hasonlóan hideghatástól függetlenül kialakítható (Koornneef és mtsai., 1982; Heino és mtsai., 1990;
Mäntylä és mtsai., 1995). A másik fontos jelátviteli útvonal, ami szerepet játszik a hidegakklimáció folyamatában tehát abszcizinsav által közvetített. Ennek az útvonalnak az aktivációját viszont nem közvetlenül a hideghatás, inkább a jégképzıdéssel párhuzamosan jelentkezı dehidratáció váltja ki. Ennek megfelelıen nem csupán hidegstresszel szembeni védekezésben van szerepe, hanem a szárazság, hı, ozmotikus és oxidatív stresszhatásokkal szembeni toleranciát is fokozza a mőködése (Kim és mtsai., 2004). Ez a válasz a CBF-ek által közvetítettnél lassabb, és egyrészt a bZIP családba tartozó AREB/ABF (ABA-Responsive Element Binding Protein / Factor) fehérjék (Choi és mtsai., 2000), másrészt MYB és MYC transzkripciós faktorok bevonásával (Abe és mtsai., 1997) játszódik le, melyek a válaszgének szabályozó régióiban megtalálható ABRE (ABA Responsive Element), illetve MYBR és MYCR cisz-ható elemekhez kötıdve fejtik ki hatásukat (Leung és Giraudat, 1998). Ezekrıl a transzkripciós faktorokról kimutatták, hogy aktivációjukhoz abszcizinsavtól függı szignálra, valószínőleg protein-kinázok által közvetített foszforilációra van szükség (Yoshida és mtsai., 2002; Johnson és mtsai., 2002).
Az abszcizinsav által közvetített és az általa nem befolyásolt útvonal természetesen nem független egymástól, bonyolult kölcsönhatási kapcsolat áll fenn a kettı között (Xiong és mtsai., 1999; Chinnusamy és mtsai., 2004). Ezt az is megerısíti, hogy az abiotikus stresszhatásokra megváltozott expresszióval reagáló gének promoterében az ABRE és a CRT/DRE elemek gyakran egyszerre fordulnak elı (Heino és Palva, 2003; Knight és mtsai., 2004), a cisz-ható elemek között mőködı kölcsönhatást szintén kimutatták (Narusaka és mtsai., 2003).
Az abszcizinsav mellett más növényi hormonok is szerepet játszanak a hidegakklimáció folyamatának szabályozásában, mint például a jazmonsav (Ding és mtsai., 2002) és a szalicilsav (Janda és mtsai., 1999; Shah, 2003). Ezeknek a növényi hormonoknak is kimutatták a kölcsönhatását a már tárgyalt útvonalakkal. Arabidopsisban például felfedezték, hogy az abszcizinsav által indukált génexpressziós változásokat szabályozó AtMYC2 transzkripciós faktor a jazmonsav által szabályozott védekezési válaszok kialakításában is szerepet játszik (Abe és mtsai., 2003).
A vernalizáció és a virágzás idızítését szabályozó rendszer kapcsolata a fagyállósággal
A mérsékelt égövi gabonafélék ıszi genotípusai általában nagyobb terméshozamot garantálnak, mivel az ısszel elvetett és kicsírázó, megerısödı növény tavasszal intenzívebb növekedésre képes a még csak akkor elvetett tavaszi fajtákhoz képest. Kalászolásuk ezért hamarabb következik be, elkerülve ezzel a különösen a szemfeltöltıdés idıszakát tekintve kritikus, aszályos nyári periódust. Az említett stádiumban fellépı vízhiány és magas hımérséklet ugyanis elsısorban az endospermium sejtszámának csökkenése (Nicolas et al, 1985; Kobata és mtsai. 1992), valamint a keményítı-bioszintézis enzimeinek gátlása miatt (Hurkman et al 2003; Gibson és Paulsen 1999) jelentısen csökkenti a hozamot. Az ısszel kicsírázó gabonanövényeknek azonban el kell viselniük a téli idıjárás káros hatásait, amikkel szemben a már kihajtott növény érzékenyebb, mint például a nyugalmi állapotban lévı mag.
Tavasszal, a vegetatívból a generatív stádiumba történı átlépés után különösen érzékennyé válnak a növények az alacsony hımérsékleti stresszre. Ennek porzósterilitás, a fejlıdı mag károsodása, valamint kalászkaelhalás lehet a következménye (Reinheimer és mtsai., 2004). A generatív állapotban fagy hatására fellépı, erıteljesebb károsodást valószínőleg egyrészt a reproduktív szervek magasabb érzékenysége, másrészt az anyagcsere átrendezıdése okozza, melynek során a sikeres szaporodás érdekében a generatív növényi részek, valamint az azokat szolgáló tápanyag- és energiaraktározó szövetek (pl. a magban lévı endospermium) felépítését végzı, energiaigényes folyamatok elsıbbséget élveznek a védıanyagok termelésével szemben. Az ıszi gabonaféléknek ezért a virágzás idızítését meghatározó vernalizációs igényük van, tehát a hajtáscsúcs vegetatívból reproduktív állapotba történı átmenetéhez elengedhetetlen, hogy a növény bizonyos idıtartamú, elızetes hideghatásnak legyen kitéve. Ez biztosítja, hogy a növény nem fejleszt a fagy által különösen veszélyeztetett, érzékeny generatív szerveket a várhatóan bekövetkezı, hosszabb ideig fennálló téli idıszak elıtt. Ebben az idıszakban ugyanis a vegetatív növényi részek optimális fagyállóságának fenntartásával a növény életben maradásának biztosítása a fı feladat. A vernalizáció és a hidegakklimáció folyamatainak összehangolása tehát kulcsfontosságú a növény túlélése és hatékony szaporodása szempontjából.
A gabonafélék virágzási ideje három különbözı géncsalád egymástól függetlenül öröklıdı génjeinek kontrollja alatt áll. Ezek a vernalizációs igényt meghatározó gének (VRN) (Trevaskis és mtsai., 2003; Danyluk és mtsai., 2003), a nappalhossz-érzékenységet befolyásoló fotoperiodizmus válaszgének (PPD – Photoperiod Response Gene) (Turner és
mtsai., 2005; Beales és mtsai., 2007) és a koraiság gének (EPS – Earlyness Per Se Gene)
mtsai., 2005; Beales és mtsai., 2007) és a koraiság gének (EPS – Earlyness Per Se Gene)