GIBERELLINE
Negli anni 50 venne caratterizzato il secondo gruppo di ormoni le GIBBERELLINE Insieme di composti definiti in base alla loro struttura chimica e non rispetto alla loro attività biologica (se ne conoscono più di 136)
BAKANAE (piantina sciocca) Malattia del riso diffusa in Asia causata dal fungo Gibberella fujikuroi (Fusarium moniliforme) faceva crescere in altezza le piante di riso e ne impediva la produzione di semi
1930 (Giappone) Isolamento principio attivo 1950 (USA, GB) Struttura acido gibberellico 1950 (Giappone) Struttura GA 1, GA 2, GA 3 1958 Identificazione e purificazione nelle piante (GA 1 )
ATTUALMENTE SONO NOTE 136 GIBBERELLINE (12 presenti solo in G. fujikuroi, più di 100 presenti solo nelle piante, 13 ubiquitarie) NOMENCLATURA: GA x, a seconda dell ordine cronologico della scoperta
PRIMI STUDI SULL ATTIVITA DELLE GIBBERELLINE effetto GA sulla crescita dello stelo floreale del cavolo
effetto GA 1 su mais nano effetto GA sulla fioritura di piante di carota
effetto GA 3 sull allungamento del fusto di piante di pisello
STRUTTURA BASE DELLE GIBBERELLINE scheletro ent-gibberellanico a 20 atomi di carbonio
Le gibberelline contengono 20 o 19 atomi di carbonio (perso durante il metabolismo) GA12 (C20) GA9 (C19)
DIFFERENZE NEL NUMERO E NELLA POSIZIONE DI -OH - idrossilazioni in C3 e in C13 (generalmente sono le forme attive)
l idrossilazione nella configurazione β del carbonio 2 abolisce l attività biologica
Nonostante il gran numero di gibberelline presenti nelle piante, le analisi genetiche hanno dimostrato che solo poche hanno un azione ormonale biologicamente attiva. Tutte le altre agiscono da precursori o rappresentano forme disattivate.
BIOSINTESI Le gibberelline costituiscono una grande famiglia di acidi diterpenici sintetizzati da una diramazione della via dei terpenoidi vengono sintetizzate a partire dall isopentenil pirofosfato Esistono due vie: attraverso l acido mevalonico (citosol) attraverso la gliceraldeide 3-fosfato e il piruvato (plastidi) Probabilmente viene usata la seconda via
REAZIONI DI CICLIZZAZIONE (plastidi) Il geranilgeranil pirofosfato è convertito in ent-kaurene Enzimi coinvolti: CPS, copalil difosfato sintasi e KS, ent-kaurene sintasi
SERIE DI OSSIDAZIONI (reticolo endoplasmatico) -un gruppo metilico viene ossidato ad acido carbossilico -l anello B si contrae (da 6 a 5 atomi di C) -enzimi coinvolti= monossigenasi che utilizzano il citocromo P450 Prima gibberellina che si forma in tutte le piante
FORMAZIONE DI TUTTE LE GIBBERELLINE A PARTIRE DALLA GA12-ALDEIDE (citosol) Enzimi= diossigenasi -ossidazione C7 (da GA12 aldeide a GA12) -idrossilazioni C13 e C3 -ossidazioni C20 -perdita atomo di C -idrossilazione C2 (inattivazione)
INIBITORI SINTESI GIBBERELLINE Interferiscono con gli enzimi che utilizzano come substrato α-chetoglutarato
La maggior parte delle gibberelline sono dei precursori di quelle biologicamente attive Nella maggior parte delle piante l unica gibberellina attiva è la GA1 Altre GAs attive: GA3 GA4 e GA7 (Arabidopsis, cetriolo) GA9
EFFETTI DELLE GIBBERELLINE SULLA CRESCITA E SVILUPPO q stimolano la crescita del fusto in piante nane e a rosetta q regolano la transizione dalla fase giovanile ad adulta q Influiscono sulla formazione dei fiori e sulla determinazione del sesso q Promuovono la fruttificazione q Promuovono la germinazione dei semi (interruzione della dormienza)
APPLICAZIONI COMMERCIALI q Produzione di frutti (aumento lunghezza del picciolo in uva priva di semi; forma mele Delicious) q Produzione di malto da orzo q Aumento rese canna da zucchero q Allevamento vegetale (conifere)
+GA Le gibberelline sono dei regolatori di crescita naturali? Le piante alte hanno più GAs delle piante nane?
MUTANTI DI PISELLO le Purificazione GA (HPLC, GC-MS) Le piante Le hanno un contenuto maggiore di GA1 rispetto alle piante le le Le
Le piante le rispondono a GA1, ma non a GA20 +GA1 +GA20
Il gene Le conferisce la capacità di convertire la GA20 in GA1 Le [13C, 3H] GA20 *GA1, *GA8, *GA29 le [13C, 3H] GA20 *GA29
Esistono dei mutanti di pisello na (nana) molto più bassi dei mutanti le Sono incapaci di convertire l entkaurene in GA12-aldeide I mutanti Slender(la cry) sono alti anche quando non hanno GAs (na la cry) Questi mutanti contengono elevate concentrazioni di auxina, e forse un recettore di attivazione dell acido giberellico oppure attraverso un processo successivo che regola la crescita
tessuti di sintesi delle GAs germogli di pisello enzimi biosintetici localizzati in gemme di giovani foglie internodi superiori Arabidopsis enzimi biosintetici localizzati in gemma apicale giovani foglie promotore GA20ox::luciferasi
TRASPORTO floema vengono trasportati anche i vari metaboliti
REGOLAZIONE DELLA SINTESI DELLE GIBBERELLINE CONTROLLO FEEEDBACK Alte concentrazioni di GAs inibiscono la produzione di ulteriori molecole di GAs le GAs inducono la produzione di un repressore trascrizionale!
q Fattori ambientali come luce, fotoperiodo e temperatura, che influenzano lo sviluppo delle piante, alterano i livelli di gibberelline q L effetto è dovuto alla alterazione della trascrizione di geni codificanti per enzimi della via di biosintesi delle gibberelline
luce : regolazione della sintesi di GA1 SEMI FOTOBLASTICI (germinano al buio per aggiunta di GA1) luce GA3ox GA1 germinazione DEEZIOLATURA DEI GERMOGLI La crescita è rallentata meno GA1?
si attiva la GA2ox alla luce i livelli di GAs aumentano
FOTOPERIODO I livelli di GAs ossidrilate in 13 sono molto bassi Giorni sempre più lunghi All aumentare della lunghezza del giorno iniziano ad aumentare le concentrazioni delle GAs della via di ossidrilazione in 13
TEMPERATURA Alcune piante richiedono basse temperature per germinare (stratificazione) e per fiorire (vernalizzazione) Le gibberelline possono sostituire il trattamento a basse temperature per produrre questi effetti fioritura Thalapsi arvense NO TRATTAMENTO A BASSE TEMPERATURE alti livelli acido ent-kaurenoico TRATTAMENTO A BASSE TEMPERATURE alti livelli GAs (principalmente GA9)
PROMOZIONE CRESCITA DEL FUSTO allungamento internodo superiore riso aumento estensibilità parete cellulare No acidificazione apoplasto (auxina)
VARIE IPOTESI Alterazione distribuzione del calcio (<[Ca 2+ ] parete, >assunzione Ca 2+ cellula) Attivazione xiloglucano endotransglicosidasi (XET)
STIMOLO DIVISIONE CELLULARE Incremento mitosi nelle regioni apicali delle piante a rosetta
Nei meristemi le GAs stimolano la transizione tra la fase G1 e la fase S del ciclo cellulare Nel riso le GA aumentano l espressione di una CDK (proteina chinasi ciclina-dipendente) e di una protein chinasi in grado di attivarla
ALTRI EFFETTI FISIOLOGICI DELLE GIBBERELLINE Regolazione della transizione da stato giovanile a fase adulta
Induzione della germinazione dei semi Diversi meccanismi Attivazione della crescita vegetativa dell embrione Interruzione della dormienza dei semi (insensibilità alla temperatura) Mobilizzazione delle riserve dell endosperma
semi dei cereali embrione endosperma embrione scutello endosperma amilaceo aleurone Ricco di amido Corpi proteici
I due enzimi responsabili della degradazione dell amido sono: α-amilasi e β-amilasi.
MECCANISMO DI AZIONE Legame al recettore GA= attive fino a 10-14 M Attivazione di una o più vie di trasduzione Trascrizione dei geni primari della risposta Trascrizione dei geni secondari RISPOSTA
In un mutante nano di riso (GA-insensitive dwarf 1) è stato identificato il recettore per le GA denominato GID1 α-amilasi in protoplasti aleurone Presenza del recettore delle GA nell endosperma amilaceo dei semi Trasduzione del segnale dal recettore alla PROTEINE G peptide Mas7 (stimola scambio GTP/GDP) attiva risposta
In Arabidopsis sono stati identificati 5 geni DELLA: GA- INSENSITIVE (GAI), REPPRESSOR of ga1-3 (RGA), RGL1, RGA 2, RGL3 Sottoclasse della famiglia GRAS di regolatori trascrizionali
Meccanismo molecolare GA-GID1-DELLA Degradazione Proteasoma 26S