citochinine regolatori della divisione cellulare
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CitochinineRegolatori della divisione cellulare
Molte cellule vegetali sono totipotenti
- Dopo coltura in vitro, molte cellule possono dare luogo a piante intere (es. cellule di guardia)- In seguito a ferita le cellule possono ricominciare a dividersi
Infection with Agrobacterium tumefaciens at the wound site causes tumor-forming disease crown-gall (unorganized mass of tumor-like tissue) → natural evidence of the mitotic potential of mature plant cells
Haberlandt 1913: vascular tissue contains a water-soluble substance that will stimulate division of wounded potato tuber tissue → discovery of cytokinins in 1950s
Tomato stem
Scoperta, identificazione e proprietà
KinetinA breakdown product of DNA
Philip White: nutrient medium, supplemented with auxin and 10-20% coconut milk supports cell division of mature, differentiated cells from a variety of tissues and species, leading to formation of callus tissue.
↓Coconut milk contains substance/s that stimulate/s mature cells to enter and remain in cell division cycle.
Coconut milk was shown to contain the cytokinin zeatin.
The very first cytokinin discovered was the synthetic analog kinetin.
La Zeatina è la citochinina naturale più abbondante
Extracts of immature endosperm of corn (Zea mays) contain a substance with the same biological effect as kinetin.
This substance stimulates mature plant cells to divide when added to culture medium along with auxin.
Letham (1973) isolated that substance, called zeatin.
Kinetin
Alcuni batteri patogeni, insetti e nematodi producono citochinine libere
L’infezione di tessuti vegetali da parte di questi organismi induce il tessuto a dividersi e in alcuni casi a formare strutture speciali (galle di insetti che sono usate come “feeding sites” e protezione)
Scopa della mstrega sull’abete causata da Corynebacterium fascians;Le gemme laterali (normalmente dormienti) sono stimolate a crescere dalla citochinina prodotta dal batterio
T-DNA of Agrobacterium tumefaciens encodes an enzyme of cytokinin biosynthesis. PNAS (1984) 81:5994-5998
Tumore su una foglia di oleandro
Tumore su un fusto di Paullonia
Tumori vari
Insetti (es. afidi)
http://www.epress.com/w3jbio/vol2/mcdermott/mcdermott.html
Nipple gall
Biosintesi, trasporto e metabolismo
Transport of cytokinins from roots to shoot via xylem.
Cytokinins are rapidly metabolized by cytokinin oxidase, thereby inactivating cytokinins.
Root apical meristem = major site of free cytokinins in whole plant.
(isopentenyladenine)
Importanza delle citochinine nello sviluppo
The shoot and root growth of triple mutants was very slow, and leaf numbers were decreased and the plant occasionally produced an inflorescence stem with abnormal and nonfunctional flowers, but did not produce seeds.
Le radici del mutante triplo crescono per pochi giorni e poi si fermano
Il mutante risulta insensibile alle citochinine
Mutante di Arabidopsis che manca di tutti i recettori per lo citochinine
Phenotype of the triple mutant grown with or without t-zeatin.
Higuchi M et al. (2004) PNAS 101:8821-8826
Thirteen-day-old triple mutant cre1–12 ahk3–3 ahk2–2
Thirteen-day-old WT seedlings (Col)
1,000 ng/ml t-zeatin100 ng/ml
Ruolo biologico delle citochinine
Tabacco che sovraesprime il gene catabolico (citochinina ossidasi)
→ riduzione nei livelli di citochinina endogenous→ inibizione della crescita del fusto dovuta a una ridotta velocità di proliferazione nel SAM
WT AtCKX1 = Arabidopsis cytokinin oxidase
AtCKX1-OX
Le citochinine regulano la divisione cellulare in vivo
Citochinina richiesta per la normale crescita del SAM
SAM del tabacco wt SAM del tabacco transgenicosovraepressione di AtCKX1 → carenza di citochinina → SAM di dimensioni ridotte
Citochinina: riduce la crescita delle radici
WT tobacco
AtCKX1-OXCytokinin-deficient
Citochinina deprime le dimensioni e la divisione cellulare a livello delle radici.
Citochinine hanno ruuoli opposti nel regolare la proliferazione cellulare nel RAM (Root Apical Meristem) e nel SAM.
Il rapporto auxina:citochinina regola la morfogenesi dei tessuti in coltura
High auxin:cytokinin ratio: root Low auxin/cytokinin ratio: shoot
Intermediate auxin/cytokinin ratio: callus
Nutrientagar
CallusRoots
Shoots No growth
AuxinKinetin
Plant tissue
Ratio: 15 150 0.003
Citochinina rallenta la senescenza fogliare
Senescenza = invecchiamento programmato porta alla morte del tessuto
La senescenza fogliare è ritardata in tabacco transgenico contenente alti livelli di citochinine.
Ormoni e fotomorfogenesi
Gli ormoni vegetali hanno un effetto sulla crescita e sulla morfogenesi
Questo effetto è modulato dalla presenza della luce
I recettori (PHY, CRY, PHOT) interagiscono con le vie degli ormoni e ne modulano l’attività
esempi: citochinine, brassinosteroidi, (già menzionati etilene, auxina, GA) ...
Ormoni e fotomorfogenesi: citochinine
Buio Buio + citochinine
Citochinine producono una fenocopia del mutante det: aumentano la de-eziolatura di piante cresciute al buio
I plastidi si sviluppano parzialmente
Brassinosteroidi(un ormone della crescita)
Brassinosteroids
Brassinolide
I and II indicate regions of variations.
Scoperta dei BrassinosteroidiScoperti come agenti stimolanti la crescita e presenti nel polline della colza Mitchell 1970 chiama queste sostanze Brassine
Occur in Brassicaceae (mustards, cauliflowers, cabbages, turnips, Arabidopsis)
Stimolano la crescita anche di internodi
Brassine inducono l’allungamento di steli in fagiolo: Mandava 1988
Bean second internode bioassay
Untreatedcontrol
Non è stato riconosciuto come un ormone fino alla metà degli anni 90
Fenotipi dei mutanti di Arabidopsis
WT det2det2
bri1 hom
bri1 het
cpd hom
cpd het
det2 (adult)WT (adult) det2
WT
bri1 – brassinosteroid insensitive 1cpd – constitutive photomorphogenic and dwarfism det2 – de-etiolated2BRI – brassinosteroid receptor
Il mutante det2 è nano
CPD e DET2 sono enzimi della via biosintetica
det2wt
Brassinolide e gli intermedi della via biosintetica ristorano la normale crescita del mutante cpd
— no sterioidCL, campesterolCT, cathasteroneTE, teasteroneDT, 3-dehydroteasteroneTY, typhasterolCS, castasteroneBL, brassinolide
Via biosintetica semplificata del BL
Single reactionsMultiple reactions
Isolamento di un recettore dei brassinosteroidi
He et al. 2000 Perception of brassinosteroids by the extracellular domain of the receptor kinase BRI1, Science: 288, 2360 2000
Li and Chory (1997) A putative leucine rich repeat receptor kinase involved in brassinosteriod signal transduction. Cell 5: 929
- In animals, there are RTKs (receptor tyrosine kinases) to perceive steroids- In plants, there are always serine- threonine kinases and they are called RLKs (receptor-like kinases).- Steroids perceived at membrane
BIN locus renamed BRIDark
Light
2 month light
BRI1 is an LRR serine/threonine kinase
TM – transmembrane domain
Some experiments that show BRI1 is the receptor
Plant receptor-like kinases
LRR = Leucine-rich repeat
From Shiu and Bleecker 2001 PNAS 98: 10763
The Domain structure of the BRI1 receptor
A Model of BR Signaling
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Brassinosteroids-mediated physiological responses
Inibiscono:crescita delle radici (ma in alcuni casi la promuovono)
abscissione fogliare
Stimolano:Allungamento di cellule e steli e la divisione promuovono la
crescita
Srotolamento e curvature nelle erbacee
produzione di etilene
germinazione dei semi e fotomorfogenesi
differenziamento dello xilema
Crescita del tubetto pollinico
• http://plantphys.info/plant_physiology/cytokinin.shtml