regolazione morfogenesi accrescimento segnali chimici ORMONI VEGETALI

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2 regolazione metabolismo morfogenesi accrescimento segnali chimici ORMONI VEGETALI

3 ORMONI ANIMALI sono sintetizzati in organi o tessuti specifici sono trasportati attraverso il circolo sanguigno verso un tessuto bersaglio controllano un processo fisiologico in maniera concentrazione-dipendente CLASSI PRINCIPALI: PROTEINE PEPTIDI DERIVATI DI AMINOACIDI STEROIDI

4 CLASSI PRINCIPALI AUXINE GIBBERELLINE CITOCHININE ETILENE ACIDO ABSCISSICO BRASSINOSTEROIDI ALTRE SOSTANZE SEGNALE ACIDO JASMONICO ACIDO SALICILICO SISTEMINA POLIAMMINE il sito di sintesi non è chiaramente localizzato non sempre agiscono in maniera conc. dip. ogni ormone regola numerosi processi numerosi processi fisiologici sono regolati da diversi ormoni

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6 F-ATPasi dei mitocondri e dei cloroplasti. Sfruttano il ph per la sintesi di ATP V-ATPasi, presente sul tonoplasto. Pompa i protoni all interno del vacuolo, generando la forza motrice per diversi sistemi di trasporto P-ATPasi, presente sulla membrana plasmatica

7 CF 1 α 3, β 3, γ, δ, ε CF 0 a, b, b, c 12

8 V 1 porzione solubile sito catalitico 3 copie subunità 1(β F-ATPasi) 3 copie subunità 2(α F-ATPasi) + altre 8 subunità V 0 porzione integrale di membrana canale per H + copie multiple subunità 3 (16 kda, =2 X 8 kda subunità c) + altre 4 subunità)

9 H + -ATPasi di plasmalemma

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11 RUOLO FISIOLOGICO DELL H + -ATPasi DI PLASMALEMMA mantenimento del ph del citoplasma

12 RUOLO FISIOLOGICO DELL H + -ATPasi DI PLASMALEMMA forza guida per sistemi di trasporto di ioni e nutrienti

13 RUOLO FISIOLOGICO DELL H + -ATPasi DI PLASMALEMMA Apertura e chiusura degli stomi

14 H + H + H + Apertura degli stomi luce blu K + Cl - H + H + H + K + Cl - Cl - K + H + H + H + Iperpolarizzazione della membrana aumento della π apertura canali del K + ingresso del Cl - diminuzione di Ψ

15 H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O Apertura degli stomi AUMENTO DELLA PRESSIONE DI TURGORE

16 RUOLO FISIOLOGICO DELL H + -ATPasi DI PLASMALEMMA movimenti pulvinici

17 RUOLO FISIOLOGICO DELL H + -ATPasi DI PLASMALEMMA Crescita per distensione H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + C IAA H + H + H+ H + H + H + H +

18 RUOLO FISIOLOGICO DELL H + -ATPasi DI PLASMALEMMA fototropismo

19 possibili meccanismi che determinano un aumento di attività dell H + -ATPasi fattori che influenzano l attività dell H + -ATPasi stress salino auxina luce patogeni

20 il dominio C-terminale è autoinibitorio prove sperimentali - mutanti H + -ATPasi senza la regione C-terminale - proteolisi controllata: rimozione regione C-terminale ENZIMA COSTITUTIVAMENTE ATTIVO

21 Le proteine sono coinvolte nella regolazione dell attività della H + -ATPasi Proteine Classe di proteine regolatrici diffuse in tutti gli eucarioti Proteine dimeriche. Ogni monomero ha un PM di circa 30 kda Interagiscono con numerose proteine bersaglio, tramite il riconoscimento di particolari sequenze fosforilate su residui di serina o treonina.

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23 La H + -ATPasi è attivata dal legame delle proteine in seguito alla fosforilazione di uno specifico residuo di treonina localizzato all estremità C-terminale dell enzima

24 fusicoccina La fusicoccina, una fitotossina prodotta da un fungo, è in grado di indurre il legame delle proteine anche in assenza di fosforilazione dell enzima

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27 la zona di accrescimento è lontana dall apice segnale?

28 Lo stimolo di crescita non passa attraverso barriere impermeabili, ma passa attraverso la gelatina

29 nell apice del coleottile è presente una sostanza in grado di promuovere la crescita

30 anni 30 (USA, Olanda): scoperta natura chimica auxina

31 acqua auxina Inizialmente: Auxina = sostanza chimica capace di stimolare l allungamento del coleottile e di sezioni di fusto Oggi le auxine sono definite come: composti con attività biologiche analoghe a quelle dell IAA - allungamento cellulare - divisione cellulare di calli in coltura in presenza di citochinine - formazione di radici avventizie

32 Utilizzate come erbicidi antiauxina Auxine sintetiche

33 L attività auxinica dipende dalla presenza di una carica negativa e da una parziale carica positiva delocalizzata sull anello, separate da una certa distanza

34 2,4-D 2,4,5-T 3 milioni e mezzo di ettari irrorati Cancerogeno teratogeno gravissime malformazioni tetraclorodibenzo-p-diossina (TCDD)

35 avviene nei tessuti in rapida divisione cellulare meristemi apicali germoglio foglie giovani frutti in via di sviluppo

36 Il precursore è il triptofano sono vie alternative (comuni solo nel pomodoro)

37 batteri patogeni (Pseudomonas, Agrobacterium) Presente in poche famiglie

38 via triptofano-indipendente indipendente mutanti di mais orp (orange pericarp) gene triptofano sintasi mutato alti livelli IAA [ 15 N]antranilato [ 15 N]IAA

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40 Il metabolismo dell auxina comprende oltre alla sintesi anche l ossidazione e la coniugazione

41 L IAA può essere coniugato a vari composti a basso peso molecolare ad alto peso molecolare IAA-glucani (50-70 unità glucosio) IAA-glicoproteine (nei semi di cereali)

42 degradazione IAA perossidasi: degradano IAA in vitro

43 Regolazione delle concentrazioni di auxina metabolismo compartimentazione trasporto

44 Trasporto polare (basipeto) Trasporto floematico (acropeto) Dimostrazione del trasporto polare

45 Il trasporto polare dell auxina è INDIPENDENTE dalla gravità Il trasporto polare avviene nei tessuti parenchimatici vascolari

46 Trasporto polare IAA pk a = 4,75 Modello chemiosmotico Influsso: - Diffusione passiva IAAH -Trasporto attivo secondario IAA - (AUX1/LAX) p = E - 59mV ph Efflusso: - Carriers di efflusso di IAA - (localizzazione polare) proteine PIN

47 Proteine PIN Trasporto polare Le proteine PIN possono essere fosforilate dalla protein chinasi PINOID Lo stato di fosforilazione determina la localizzazione basale o apicale delle proteine PIN Localizzazione di PIN1 nella zona basale di cellule contigue

48 Trasporto polare PGP/ABCB Carriers di anioni anfipatici L associazione con le proteine PIN ha effetto sinergico nel ridurre la retrodiffusione di IAA e favorire il trasporto polare

49 inibitori trasporto auxina debole attività auxinica compete con l auxina sul sito di legame del trasportatore inibitori PIN flavonoidi

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51 L auxina attiva la trascrizione genica - geni precoci - geni tardivi auxina gene di risposta primaria mrna mrna gene di risposta secondaria

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53 Il recettore dell auxina è stato identificato TIR1 è parte del complesso SCF TIR, con attività ubiquitina ligasica (E3) in assenza di auxina in presenza di auxina

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55 L auxina si lega anche ad ABP1

56 CRESCITA PER DISTENSIONE DOMINANZA APICALE TROPISMI FORMAZIONE RADICI AVVENTIZIE SVILUPPO FRUTTI INDUZIONE DIFFERENZIAMENTO VASCOLARE

57 C IAA

58 L auxina stimola l allungamento del fusto Concentrazioni ottimali: M

59 Come avviene la crescita per distensione? Velocità di crescita = m (P-Y) m = estensibilità della parete P = pressione di turgore Y = soglia di cedevolezza

60 IPOTESI DELLA CRESCITA ACIDA l acidificazione dell apoplasto aumenta l estensibilità della parete aumento velocità estrusione protonica indotto da auxina cinetica estrusione = cinetica crescita tamponi neutri = no crescita indotta da auxina composti che promuovono l estrusione stimolano la crescita

61 Acidificazione apoplasto indotta da IAA

62 ABP1 : 98% associata a ER 2% associata a PM ABP1 attiva è quella associata a membrana

63 IAA induce un aumento dell attività dell H + -ATPasi Livelli proteici di H + -ATPasi Aumento dei livelli di fosforilazione del residuo di treonina coinvolto nel legame con le proteine

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65 FOTOTROPISMO Fototropine 1 e 2 (Phot1 e Phot2) Fotorecettori della luce blu La zona in ombra ha una maggiore velocità di crescita della zona illuminata Curvatura verso la luce

66 FOTOTROPISMO nei coleottili il fototropismo è mediato dalla redistribuzione laterale dell auxina anni 20 Cholodny-Went la [IAA] è maggiore nella parte dell apice non illuminata L auxina è trasportata lateralmente nell apice di coleottile in risposta alla luce

67 Prove della ridistribuzione laterale di auxina

68 pianta Arabidopsis trasformata con il costrutto DR5::GUS DR5 = promotore gene GH3 (indotto da auxina) In Arabidopsis la redistribuzione laterale dell auxina coinvolge trasportatori specifici (PIN3) localizzati lateralmente e richiede l inattivazione dei trasportatori PIN1 L inibitore dell efflusso di auxina, NPA, blocca la risposta fototropica e la redistribuzione laterale di auxina

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70 GRAVITROPISMO risposte di crescita alla gravita

71 il modello Cholodny-Went è applicabile anche al gravitropismo ripiegamento coleottili verso l alto trasporto polare auxina verso la parte inferiore del coleottile [ 15 N] RIA gene reporter coleottili privati dell apice no gravitropismo

72 Asimmetria nell accumulo di mrna SAUR (small auxin up-regulated RNA) ipocotili di soia mrna antisenso

73 statoliti (amiloplasti) presenti negli statociti (a livello della cuffia) Come viene percepita la gravità nelle radici? statoliti Cellula della columella

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76 il gravitropismo persiste anche in mutanti con bassi livelli di amido anche altri sensori?

77 GERMOGLI E COLEOTTILI La gravità è percepita da plastidi nello strato amilaceo (strato di cellule che circonda l endodermide)

78 Come viene trasdotto il segnale gravitropico? GRAVISTIMOLAZIONE Acidificazione apoplasto Alcalinizzazione citoplasma L EGTA inibisce il gravitropismo ruolo del Ca 2+

79 la cuffia produce un inibitore che regola il gravitropismo IAA

80 Modello proposto per la ridistribuzione di auxina durante il gravitropismo della radice L elevata concentrazione di auxina nella parte inferiore della radice inibisce la crescita

81 Accumulo asimmetrico di auxina Costrutto DR5::GFP

82 La differente risposta gravitropica di radici e coleottili è dovuta alla diversa sensibilità piuttosto che alla diversa concentrazione di IAA

83 La gemma apicale inibisce la crescita delle gemme laterali

84 IPOTESI modello di inibizione diretta l auxina proveniente dall apice viene traslocata fino alla gemma laterale La concentrazione di auxina che promuove la crescita del fusto inibisce quella della gemme inibizione crescita Rimuovendo l apice la [IAA] nelle gemme DOVREBBE diminuire

85 L auxina prodotta dalla gemma apicale non entra all interno della gemma ascellare L auxina mantiene bassi i livelli di citochinine STRIGOLATTONE

86 IAA C

87 alf1 proliferazione radici laterali alti livelli IAA

88 IAA sintetizzato nel polline e nell endosperma dei semi in via di sviluppo l accrescimento dell ovulo fecondato (fruttificazione) dipende dall auxina

89 in alcune specie possono essere prodotti frutti senza fecondazione (PARTENOCARPIA) frutti senza semi naturalmente trattando con IAA IaaM C

90 La rimozione delle giovani foglie previene il differenziamento vascolare Piante trasformate con aumentati livelli di auxina sviluppano più tessuti vascolari