Egyéb növekedésszabályozó anyagok: brasszinoszteroidok, jázmonsav, szalicilsav, poliaminok, NO

Egyéb növekedésszabályozó anyagok: brasszinoszteroidok,

jázmonsav, szalicilsav,

poliaminok, NO

I. A brasszinoszteroidok (BR): a biológiailag aktív brasszinolid

Előfordulás:

Brassica napus L. pollenkivonat Algák, nyitvatermők, zárvatermők.

Hajtás, levél, szár, virág, pollen, magvak, gubacs

Szerkezet:

A szteránváz B gyűrűje 7 tagú, lakton gyűrű.

Az ekdizonhoz való szerkezeti hasonlóság miatt a rovarokban antiekdizon hatású.

(Összehasonlításként az állati

ösztradiol, tesztoszteron és a rovarok vedlési hormonjának, az ekdizonnak a szerkezete)

Szerkezet és aktivitás kapcsolata

-transz A/B gyűrűrendszer 5α-hidrogén atom

-B gyűrű:

7-oxa-6-keton csoport -C2 és C3 cisz-α-OH

--OH a C22-n és C23-on --metil vagy etil a C24-en

Kimutatása: - rizs levéllemez elhajlási teszt

(a levéllemez és a levélhüvely kapcsolódásánál lévő adaxiális sejtek duzzadását a brasszinolid koncentrációjával arányosan növeli)

- gázkromatográfia, tömegspektrometria

Bioszintézis

Kampeszterolból indul ki.

Fontos lépések: - a B gyűrű redukciója, szteroid 5α-reduktáz, Arabidopsis mutáns: det2 (de-etiolated)

- C6 hidroxilációja

- kataszteron → teaszteron átalakulás, C23 hidroxiláció, citokróm P450 dependens monooxigenáz, Arabidopsis mutáns: cpd (constitutive photomorphogenesis and dwarfism)

Metabolizmus: epimerizáció a 2-es 3-as OH-n, majd mirisztil- és/vagy laurilészter képződés

konjugátumképzés (-O-glükozil éterek) C20 hidroxiláció

A det2 mutánsok fenotípusa

Sötétben: rövid, vastag

hipokotil, kiterülő sziklevél, levél, antocianin tartalom

Fényben: homozigótaként kis, sötétzöld levél, csökkent

sejtméret, csökkent apikális dominancia, csökkent

fertilitás, késleltetett öregedés

A cpd fenotípusa hasonló a det-hez.

Az Arabidopsis (lúdfű) det2 mutánsa (középen), jobbra a dim ugyancsak BR deficines mutáns

A brasszinoszteroidok bioszintézise nem specifikusan gátolható a gibberellinek szintézisét gátló Unikonazollal és Paklobutrazollal, specifikus gátló a Brasszinazol (Brz). A képen a brasszinazol hatása látható.

A kezelt növények megnyúlása csökkent, az etiolált növények levele kiterült.

1. Auxin-szerű hatások

- az etilénprodukció serkentése (ACC szintáz indukció)

- epinasztia kiváltása

- a xilém differenciálódás szabályozása (trachea, programozott sejthalál)

- növekedés serkentés hajtásban - növekedésgátlás gyökérben (etilén) 2. További hatások:

- a fényregulált génekre hat - serkenti a csírázást

- javítja a terméskötést

- fokozza az asszimilátumok felvételét - növeli a só- és szárazsággal szembeni rezisztenciát

A brasszinoszteroidok fiziológiai hatásai

1 μM-os brasszinoliddal kezelt paradicsom növény

A paradicsom érzékeny (Sus) genotípusai a brasszinoszteroiddal (EBR) történő előkezelés után a Verticillium dahliae fertőzéssel

szemben rezisztensek maradtak, nem mutatták a verticilliumos hervadást, a nekrózist és a növekedésgátlást

(Sus EBR-: Verticillium kezelt, érzékeny; Sus EBR+: előkezelt, érzékeny

Res EBR-: Verticillium kezelt, rezisztens; Res EBR+: előkezelt, rezisztens

A paradicsom

brasszinoszteroid

inszenzitív mutánsa, a cu3^-abs

A brasszinoszteroid

receptor, a BRI receptor kináz egyetlen

aminosava hibás.

A levelek haragoszöldek, az erek gátolják a

levéllemez kiterülését.

Brasszinoszteroid jelérzékelési mutánsok:

• bri1-1, Arabidopsis

• lka, borsó

• cu3 (curl3), paradicsom

A brasszinoszteroidok által indukált jelátvitel és génexpresszió

•Receptor: BRI1, leucinban gazdag ismétlődéseket tartalmazó receptor kináz (LRRK), PM-kötött

•BAK1, kináz aktivitású ko- receptor

•A brasszinazol (BL) kötődése után a BRI1 és BAK1

kölcsönösen foszforilálják egymást és gátolják a BIN2 kinázt

•BIN2, protein kináz, negatív regulátor, BL hiányában

foszforilálja a BES1-et és BRZ1- et

•A foszforilált BES1 és BZR1 a citoplazmában lebomlik

•BES1 és BZR1 proteinek pozitív regulátorok,

defoszforiláltan a sejtmagba jutnak, génaktiváció

II. A jázmonsav

Előfordulás:

Csaknem minden növényi szervben, gyümölcs, virág (Jázminillat: metiljázmonát)

Bioszintézis:

Linolénsavból indul, a kloroplasztiszban.

Kulcsenzimek:

-lipoxigenáz,

-allénoxid szintáz (AOS)

(szalicilsav gátol), allénoxid cikláz

-Három lépésben β-oxidáció

A jázmonsav fiziológiai hatásai:

•gátolja a csírázást

•a hajtás és a gyökér növekedését

•a kallusz növekedését

•serkenti a szeneszcenciát

•az abszcissziót

•fokozza a gumóképződést

•fokozza a növények stresszrezisztenciáját a sebzési válasz közvetítője

•patogenezissel kapcsolatos fehérjék indukciója

•génexpresszió szintjén: fenilalanin-ammónia liáz,

kalkon szintáz, proteináz inhibitorok (PIN gének)

A sebzési válasz egész szervezetre kiterjedő, szisztemikussá tétele: a SZISZTEMIN peptidhormon közvetítésével

A sebzés, a jázmonsav, a 12-oxo-fitodiénsav, a jázmonsav analóg koronatin hatása a GUS riportergénnel kapcsolt

allénoxid szintáz promóter aktivitására

A./ Az AOS promóter aktiválódásának időfüggvénye

B./ A sebzési jel csak a vágás, mechanikai sebzés után válik szisztemikussá.

A szisztemikus sebzési válasz kialakulása növényekben

A sebzés hatására indukálódó proteináz inhibitorok a növényevő hernyók, rovarok és

magasabbrendű állatok emésztését zavarják meg.

Spodopera exigua

III. A szalicilsav

A szalicilsavat már a görögök és az indiánok is ismerték, a fűzfakéreg fájdalom- és lázcsillapító.

Bayer aszpirin.

10^-4-10^-7 M SA hatása paradicsomra

A szalicilsav (SA) bioszintézise növényekben a

fenilalaninból indul ki, majd fahéjsavon és benzoesavon keresztül alakul ki az SA

Glükózzal

konjugátumot képez.

Az SA fiziológiai hatásai: nem azonos a „florigénnel”

azonos a „kalorigénnel”

A szalicilsav hőtermelő

szövetekben, mint pl. Arum, Sauromatum guttatum

torzsavirágzatában (lásd a

képen) hőmérséklet emelkedést indukál

A szalicilsav a biotikus stresszválasz egyik fontos jelátviteli eleme

Inkompatibilis gazda-

kórokozó kapcsolatban a bakteriális vagy

gombafertőzés helyén lokális sejtelhalás, ún. hiperszenzitív reakció (HR) alakul ki.

A HR oka a kórokozó hatására a növényi

szövetekben indukálódó oxidatív stressz, az ún.

oxidatív robbanás.

A TMV fertőzés hatására rezisztens dohány levelekben jelentősen

megemelkedik az SA koncentrációja.

Kisebb SA koncentrációk fokozzák a rezisztenciát.

Az oxidatív stressz során keletkező legfontosabb reaktív oxigén formák

•Biotikus stresszor hatására aktiválódik a PM-kötött NADPH oxidáz, ami szuperoxid

gyökaniont termel.

•Az oxidatív robbanást az SA a H₂O₂-ot bontó kataláz

aktivitásának gátlásával és a H₂O₂-ot termelő szuperoxid dizmutáz aktivitásának fokozásával erősíti.

•Az SA indukálja a

patogenezissel kapcsolatos fehérjék expresszióját: PAL, kalkon szintáz, kitináz,

fitoalexinek (növényi antibiotikumok)

•A rezisztencia szisztemikussá válik: közvetítők: MeSA, H₂O₂ és egyéb

A szisztemikus szerzett rezisztencia kialakulása

IV: A nitrogénmonoxid (NO)

A NO keletkezésének lehetőségei a növényekben és környezetükben:

1. NO szintáz-szerű aktivitás (NOS)

2. A nitrát reduktáz működésének mellékterméke

3. Savas pH mellett nitritből, nitrit aszkorbáttal történő reakciójakor 4. A NO₂^--ből, karotinoidok által közvetített fényaktivált folyamatban 5. A nitrifikáció és denitrifikáció melléktermékeként a talajban

Az állati NOS fehérje szerkezete

C terminálison: reduktáz domén, NADPH, FAD és FMN kötőhellyel.

Középen: kalmodulin-kötő régió

N terminálison: oxigenáz domén citokróm P450 (hem) és tetrahidrobiopterin kötőhellyel (B₄H). Dimerként működik.

VAN OLYAN NEM HOMOLÓG NÖVÉNYI FEHÉRJE, AMI RENDELKEZIK NADPH, FAD, B₄H ÉS HEM KÖTŐHELLYEL, KALMODULINNAL AKTIVÁLHATÓ ÉS NOS AKTIVITÁSSAL RENDELKEZIK.

A nitrátreduktáz működésekor keletkező NO szerepet játszat az ABS- indukált sztómazáródásban

A NO akkumuláció kimutatása Vicia faba zárósejtekben

a./ az epidermisz nyúzatokat pufferben, b./ NO donor nitroprusszid-nátriumban c./ és ABS-ben inkubálták.

Az NO festése 4,5-diamino-fluoreszcein diacetát (DAF-2 DA) próbával történt. A zöld fluoreszcencia jelzi az NO

jelenlétét, a vörös fluoreszcencia a klorofill autofluoreszcenciája.

Az NO hatásai a növényekre

•Szabályozza a növekedést (serkenthet, gátolhat)

•Járulékos gyökérképződést iniciál

•Serkenti a csírázást

•Gyorsítja a programozott

sejthalált árpa aleuron rétegben

•Sztómazáródást okoz

•Gátolja az etilén szintézisét

•Peroxinitritet képez, toxikus

•Fokozza a hiperszenzitív reakciót

•Patogenezissel kapcsolatos

proteinek expresszióját indukálja (PAL, PR1)

V. A poliaminok bioszintézise

A poliaminok legfontosabb élettani hatásai:

•Membránstruktúra fenntartók

•Kapcsolódás nukleinsavakhoz és fehérjékhez

•Savstressz esetén lokális pufferhatás

•A sejtosztódást serkentik

•A megnyúláshoz szükségesek

•Szabályozzák a szállítószövetek differenciációját

•Fokozzák a szomatikus embriók képződését szövettenyészetben

•Virágzást indukálnak dohányban (spermidin)

•Javítják a növények stressz rezisztenciáját (fagy, hideg,

ozmotikus stressz, sóstressz, K⁺ hiány, ammóniumion hatás, hőstressz

A poliaminok lebontását két enzim katalizálja

A réz(II) tartalmú diamin oxidáz a putreszcint oxidálja. Az

aminobutiraldehiden kívül reakciótermék a H₂O₂ és az NH₃ is. Az enzim a sejtfalban lokalizált, a hidrogénperoxid a sejtfalban

keletkezik.

A spermidint és a spermint a poliamin oxidáz oxidálja.

A vad típusú és a SAM dekarboxiláz antiszensz transzgénikus burgonya növények fenotípusa

A transzgénikus növényben putreszcin van, spermidin, spermin minimális (nincs), etilénszintézis fokozott.

Tünetek: jelentősen gátolt növekedés, elágazó hajtásrendszer, kis levélfelület, korai szeneszcencia

A szalicilsav, a jázmonsav, a NO és a poliaminok valamennyien indukálhatják a reaktív oxigén formák keltkezését

A reaktív oxigénformák képződése, a detoxifikáló enzimek és az indukálódó védekezési mechanizmusok hálózata növényekben.