Az etilén, a gáz halmazállapotú hormon

Az etilén Felfedezése: a világítógáz komponense borsó hármas válasz (Neljubov, 1901.) Kémiai tulajdonságai: gáz (gázkromatográfia) oldódik a lipidfázisban diffúziója folyadékban lassúbb Legfontosabb fiziológiai hatásai: - a csírázást serkenti, nyugalmi állapotot megszakítja - szabályozza az apikális merisztéma aktivitását, gyökeresedést és gyökérszőr képződést indukál, - a növekedést szabályozza - serkenti vagy gátolja virágkezdemények képződését és az ivari jelleget a női ivar irányába tolja el - az öregedést, levélleválást, gyümölcsérést serkenti - stresszhormon

Etiolált borsó hármas válasza Diageotropizmus, a longitudinális növekedés gátlása, az epikotil oldalirányú kiterjedése

Etiolált mungóbab hármas válasza Longitudinális növekedésgátlás, a hipokotil oldalirányú kiterjedése, erőteljesen felcsavarodott hipokotilkampó

Az etilén bioszintézise: a Yang-ciklus

Az 1-aminociklopropán-1-karbonsav (ACC) szintáz jellemzése: - multigén család kódolja (auxin-, fejlődési állapot- , sebzés- és termésérés-specifikus izoenzimek) - Li+-mal expressziója indukálható - citoszolikus enzim, rendkívül rövid fél-életidő - gátlószerek: aminoetoxi-vinilglicin (AVG), aminooxi-ecetsav (AOA), piridoxál-foszfát enzim inhibitorok

Az ACC oxidáz (ACO) jellemzése: - a katalizált reakció: Fe2+, CO2 ACC+ O2 + aszkorbát → C2H4 + CO2 + HCN + dehidroaszkorbát + 2H2O - konstitutív és indukálható izoenzimek - a sejtfalban és citoszolban lokalizálódik - gátolható EDTA-val, szabad gyök kioltókkal (propilgallát), Co2+ ionnal, detergensekkel, etanollal, anaerob környezetben - a membránintegritás az aszkorbinsav regenerálásához kell Konjugátumképzés: - a prekurzorral, malonil-ACC keletkezik, végtermék

A CN- detoxifikálása cisztein + HCN → β-cianoalanin + H2S β-cianoalanin szintáz cisztein + HCN → β-cianoalanin + H2S szerin acetiltranszferáz L-szerin + acetil-CoA → O-acetilszerin + CoA cisztein szintáz O-acetilszerin + H2S → cisztein + acetát + H2O

Az aminooxi-ecetsav, az ACC szintáz inhibitora, gátolja a sebzés indukálta etilénszintézist fenyőtűben Ievinsh et al. 1999.

Az etilén hatásának inhibitorai: - CO2, nagy, 5-10 %-os koncentrációban, a hatásmechanizmus nem ismert Ag+ ion (AgNO3; ezüst tioszulfát, (STS, [Ag(S2O3]3-), az etilén receptorhoz kötődését gátolja norbornadién, transz-ciklooktén, kompetitív inhibitorok a receptor kötőhelyéért

Az etilén bioszintézis szabályozása Hormonális szabályozás: az IES, a brasszinoszteroidok, az ABS, a jázmonsav serkentő hatású az NO és a szalicilsav gátló hatású a hatás mindig koncentráció-, szövet- és fejlődési stádium függő az etilén vegetatív szövetekben feedback gátlást fejt ki, az etilén öregedő szövetekben autokatalitikusan serkent Szabályozás környezeti tényezők által Vörös fény etiolált növényekben gátol, fehér fény serkent vagy gátol abiotikus és biotikus stresszorok legtöbbször serkentenek

AZ ETILÉN FIZIOLÓGIAI HATÁSAI 1. A csírázó magvak etilénprodukciója fokozódik Magvak, rügyek gumók nyugalmi állapotának megszakítása, hidrolitikus enzimek szekréciójának fokozása

2. Az etilén hatása a paradicsom növény 1-es, 2-es és 3-as típusú célsejtjeinek növekedésére 1-es típusú célsejt: az IES longitudinális, az etilén oldalirányú kiterjedést okoz (szár) 2-es típusú célsejt: csak ez etilén okoz megnyúlást (leválási zóna sejtjei) 3-mas típusú célsejt: az IES és az etilén is longitudinális megnyúlást okoz (levélnyél epinasztiája, mocsári növények levélnyele)

A fokozott etilén-érzékenységgel rendelkező eer1 Arabidopsis mutáns hipokotiljának bazális részén az etilénkezelés fokozott mértékű laterális expanziót indukál Az etilén a hipokotil oldalirányú térfogatnövekedését a mikrotubulusok (ezt követően a cellulóz mikrofibrillumok) transzverzálisból longitudinális irányba történő átrendezésével éri el.

Az árasztás hatása a paradicsom levelek nyelének etilénprodukciójára és a xilémnedv ACC tartalmára A megemelkedett etilénprodukció a levélnyélen és a lemezkéken epinasztiát okoz

Epinasztia mutáns paradicsom: az epi/epi recesszív mutánsok konstitutív epinasztiát mutatnak, a termésérés és a sziromlevelek öregedése normális az epi/epi-ben (alul: termésérési, Never ripe mutánsok is láthatók)

Az árasztás hatására a gyökerekben csapdázódott etilén a kérgi részben aerenchima képződést indukál Az etilén az árasztott gyökérszövetben a celluláz expresszióját indukálja, a sejtfalak feloldódása a programozott sejthalál része.

Az elárasztott rizs interkaláris merisztémájának és a megnyúlási zóna sejtjeinek a gibberellin érzékenységét a csapdázódott etilén fokozza: rendkívül gyors megnyúlás

A hipokotil kampó kialakulása bab csíranövényben az etilénprekurzor ACC és az etilénszintézis aszimmetrikus eloszlásán alapul

Etiolált borsó epikotil kampóban az ACC oxidázt kódoló gén (ACO) etilén által indukált, így az ACO transzkriptumok mennyisége jelzi az etilén érzékenységet és az etilénprodukció lehetőségét is Az ACO enzimaktivitás eloszlása A./ Levegőben nőtt növény, mRNS hibridizáció 35S-jelölt antiszensz ACO1-gyel, B./ ugyanez 40 μl / L-es etilén kezelés után, C./ hibridizáció jelölt, szensz ACO1-gyel

3. A levélleválást az etilén az auxinnal együtt szabályozza 1. fázis: a fenntartási fázis 2. indukciós fázis, 3. leválási fázis sok auxin, csökkenő auxinszint, kis etilén-érzékenység etilénprodukció nől

Az etilén a leválási zóna sejtjeiben megnyúlást és enzimindukciót vált ki Az abszcisszió-specifikus celluláz transzkripciójának etilén általi indukciója in situ mRNS hibridizációval kimutatható

A savas pektinmetilészteráz (PME) random aktivitása járul hozzá a sejtfal lazításhoz az abszcissziós zónában Zöld téglalap: Aktív PME Sárga hatszög: deészterifikált pektin Lila hatszög: észterifikált pektin Összekötő: Ca2+-hidak

A paradicsom never ripe (nr) mutánsa az etilén receptor fehérjében hordozza a mutációt A./ a vad típus virágja etilén hatására öregedik és leválik; B./ a nr etilén hatására nem öregszik és nem válik le; C./ a kontroll virág öregszik és lehullik a pollináció után; D./ a nr nem; E./ a nr termése sohasem érik be

4. Az etilén járulékos gyökérképződést és a gyökérszőrök iniciációját indukálja

Az etilén hatása a járulékos gyökerek indukciójára: a domináns Nr/Nr mutáns növényekben

5. Az etilén serkenti a virág sziromlevelek és a levelek öregedését A szegfű sziromleveleinek öregedését egy cisztein proteáz transzkripciójának indukciójával és egy cisztein proteáz inhibitor gátlásával fokozza.

6. A klimakterikus terméseknél az etilén indukálja az érési folyamatot, az öregedés egy speciális formáját Az etilénbioszintézis egy specifikus LEACS2 ACC szintáz gén expressziójának etilén általi indukciójával és a LEAC1 ACC oxidáz expressziójának fokozásával válik autokatalitikussá.

A klimakterikus gyümölcsök az érés folyamán CN– rezisztens légzési maximummal rendelkeznek

Éréskor: A keményítő, szerves savak cukrokká alakulnak - a klorofilltartalom lecsökken, karotin, antocián nő, a sejtfal puhul, a poligalakturonáz, PME, celluláz aktiválódik aromaanyagok szintetizálódnak

Egy érés-specifikus transzkripciós faktorban (ripening inhibitor, rin) mutációt hordozó paradicsomok sem érnek meg

LE-ACO1 promóterhez kapcsolt riportergén (GUS) aktivitás transzgénikus paradicsom levelekben 250 nl L-1 koncentrációjú, fél órás ózonkezelés után (A levelek számozása a csúcstól az alsó levélemeletek felé történik)

ACO1 aktivitás (A. ), H2O2 akkumuláció (B ACO1 aktivitás (A.), H2O2 akkumuláció (B.), és az ózon közvetlen szimptómáinak kimutatása (C.) ACO1 transzgénikus paradicsomban, ózonkezelés után. (D.) A levél keresztmetszete.

Az etilén által indukált jelátviteli folyamatokat olyan Arabidopsis növényekben térképezték fel, amelyek nem reagáltak etilénre vagy állandó etilénválaszt mutattak Mutánsok: etr1 (kép) (ethylene receptor1), etilén jelenlétében nincs hármas válasz, etilén receptor mutáns. Hisztidin kináz, ami etilén hiányában aktív és aktiválja a jelátviteli út további komponenseit . Réz (II) iont tartalmaz. Az etilént dimerként köti, ezáltal inaktiválódik. Negatív regulátor. ers1, ers2, etilén jelenlétében nincs hármas válasz, etilén receptor mutánsok

Mutánsok: ctr1, (constitutive triple response1), Raf-szerű szerin/treonin kináz, a jelátvitel negatív regulátora, közvetlen interakcióba lép az ETR-rel, ami etilén hiányában aktiválja A képen: a ctr1 levegőben nőve is mutatja a hármas választ

Mutánsok: ein2 (ethylene insensitive2), etilén inszenzitív, etilén jelenlétében nincs hármas válasz, jelátviteli komponens, az emlős Nramp transzporter családba tartozó fémion transzporter pozitív regulátor ein3, (ethylene insensitive3) transzkripciós faktor, az etilén nem indukálja, primér etilén válaszgéneket indukál, az ERF1 gén promóteréhez homodimerként kötődik. ERF1, (EREBP), transzkripciós faktor, a szekunder etilén válaszgéneket indukálja, a promóter GCCGCC etilén válaszelemeihez kötődve

Az etilénreceptor a bakteriális két komponensű szenzor rendszerekből származtatható, hibrid hisztidin kináz, ami tartalmazza a válaszregulátor domént is

AZ ETR1 etilénreceptor szerkezete Hisztidin kináz domén CTR1-rel kapcsolatba lépő domén Jelfogó domén az aszparaginsavval Membránba merülő domén Etilénkötőhely réz ionnal A kináz etilén hiányában aktív, és aktiválja a jelátvitel további elemeit, így a CTR1-et. Az ETR1 a jelátvitel negatív regulátora.

Az Arabidopsisban azonosított etilénreceptorok ER lokalizáció (dohány homológ - PM lokalizáció)

Az etilén jelátviteli mutánsok episztázisának analízise lineáris jelátviteli út létét bizonyította Az etilén hiányában aktív ETR1 és CTR 1 kináz gátolja az etilén-indukálta gének expresszióját a jelátvitel további elemeinek gátlásával.

Az etilén jelátviteli út elemei és működése

Az etilénreceptor ETR1 expressziójának fokozódása vagy túlexpresszáltatása transzgénikus növényben csökkenti a szövetek etilén érzékenységét