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

Az előadások a következő témára: "I. A brasszinoszteroidok (BR): a biológiailag aktív brasszinolid"— Előadás másolata:

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

2 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)

3 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

4 Kimutatása: - rizs levéllemez elhajlási teszt
(a levéllemez és a levélhüvely kapcsolódásánál lévő adaxiális sejtek duzzadását a brasszinolid koncentrációjával arányosan növeli) - gázkromatográfia, tömegspektrometria

5 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)

6 Metabolizmus:. epimerizáció a 2-es 3-as OH-n, majd
Metabolizmus: epimerizáció a 2-es 3-as OH-n, majd mirisztil- és/vagy laurilészter képződés konjugátumképzés (-O-glükozil éterek) C20 hidroxiláció

7 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

8 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.

9 A brasszinoszteroidok fiziológiai hatásai
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 1 μM-os brasszinoliddal kezelt paradicsom növény

10 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

11 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.

12 Brasszinoszteroid jelérzékelési mutánsok:
bri1-1, Arabidopsis lka, borsó cu3 (curl3), paradicsom

13 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

14 II. A jázmonsav

15 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

16 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

17 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.

18 A szisztemikus sebzési válasz kialakulása növényekben

19 Spodopera exigua A sebzés hatására indukálódó proteináz inhibitorok a növényevő hernyók, rovarok és magasabbrendű állatok emésztését zavarják meg.

20 III. A szalicilsav M SA hatása paradicsomra A szalicilsavat már a görögök és az indiánok is ismerték, a fűzfakéreg fájdalom- és lázcsillapító. Bayer aszpirin.

21 A szalicilsav (SA) bioszintézise növényekben a fenilalaninból indul ki, majd fahéjsavon és benzoesavon keresztül alakul ki az SA Glükózzal konjugátumot képez.

22 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

23 A szalicilsav a biotikus stresszválasz egyik fontos jelátviteli eleme
A TMV fertőzés hatására rezisztens dohány levelekben jelentősen megemelkedik az SA koncentrációja. Kisebb SA koncentrációk fokozzák a rezisztenciát. 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.

24 Az oxidatív stressz során keletkező legfontosabb reaktív oxigén formák

25 A szisztemikus szerzett rezisztencia kialakulása
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

26 IV: A nitrogénmonoxid (NO)
A NO keletkezésének lehetőségei a növényekben és környezetükben: NO szintáz-szerű aktivitás (NOS) A nitrát reduktáz működésének mellékterméke Savas pH mellett nitritből, nitrit aszkorbáttal történő reakciójakor A NO2--ből, karotinoidok által közvetített fényaktivált folyamatban A nitrifikáció és denitrifikáció melléktermékeként a talajban

27

28 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.

29 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.

30 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)

31 V. A poliaminok bioszintézise

32 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

33 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.

34 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

35 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.