Az auxinok metabolizmusa és fiziológiai hatásai Darwin úttörő munkái után XIX. században Julius Sachs német botanikus javasolta, hogy a növények növekedését és szervfejlődését kémiai természetű jelek szabályozzák.

A növényi hormonfogalom: A növényi hormon olyan sejtek közötti kommunikációt közvetítő jelmolekula, amely vagy képződésének helyén vagy távolabbi szövetekbe transzportálódva már kis koncentrációban (10-12-10-4 M) is jelentős és széleskörű hatást gyakorol a növények növekedésére és fejlődési folyamataira. A legfontosabb növényi hormonok: auxinok, gibberellinek, citokininek, abszcizinsav, etilén, brasszinoszteroidok, jázmonsav, szalicilsav, szisztemin

A környezeti vagy az intercelluláris jel felfogása

A legfontosabb természetes auxinok, az indol-3-ecetsav (IES), a 4-klórindol-3-ecetsav és az indolecetsav aszparaginsavval alkotott konjugátuma

Charles és Francis Darwin és Boysen-Jensen kísérletei kanári köles koleoptillal (1880)

Paál Árpád kísérlete (1919)

Went kísérlete (1926)

Biológiai teszt az auxinok kimutatására: A koleoptil görbülési szöge egyenesen arányos az agarkockában lévő IES koncentrációjával.

Az auxinok kimutatása Biológiai tesztekkel (zab koleoptil görbüléses teszt, zab koleoptil megnyúlásos teszt, kimutathatósági határ: 2 x 10-5 g / minta) Rádioimmunológiai módszer (10-9 g / minta) Tömegspektrometria (10-12g / minta)

Az IES kimutatása rádioimmunológiai módszerrel

Az IES homeosztázisát egy adott szövetben a a bioszintézis és a konjugátumok képződésének mértéke, a kompartmentáció, a lebontás sebessége valamint a transzportfolyamatok határozzák meg.

Az indolecetsav bioszintézise triptofánból: az indol-3-piroszőlősav, a triptamin és az indol-3-acetonitril út

Triptofántól független út A kukorica orange pericap (orp,) a lúdfű trp2 és trp3 mutánsai nem rendelkeznek triptofán szintázzal.

A kukorica orange pericap (orp) mutánsa

Bakteriális IES szintézis Pseudomonas savastanoi, Agrobacterium tumefaciens

Agrobacterium tumefaciensből származó, CaMV 35S promóter kontrollja alatt expresszálódó, triptofán monooxigenáz (iaaM) és indolacetamid hidroláz (iaaH) génekkel transzformált Nicotiana tabacum cv. Petit Havana SR1 növények Bal oldali: kontroll Jobb oldali: transzformáns, amely a kontrollhoz képest 500% IES-t tartalmaz, ez már növekedésgátló hatású. A transzformánsok nagy etilénprodukciót mutatnak.

Az IES peroxidázok által katalizált, dekarboxilációval történő lebomlása , amely oxindolokat és dekarboxilált indolokat eredményez

Az IES nem dekarboxilatív lebontása kukoricában és lóbabban

Az IES az auxin forrásból, a hatáscsúcsból, a hajtásban és a gyökérben bazipetálisan, polárisan transzportálódik. Kimutatási módszer: leadó-felvevő agarkocka módszer A donor kockában lévő rádioaktív IES csak akkor jelenik meg a fogadó kockában, ha a szegment fiziológiai apikális végére helyeztük.

Az IES bazipetális, aktív transzportjának kemiozmotikus megközelítése A transzport sejtről sejtre történik. A koleoptilban a kéregsejtekben is, a szárban a xilémparenchima sejtekben. O2 hiány és a metabolizmus inhibitorai gátoják. Az IES a floemben nem polárisan transzportálódik.

IES efflux gátló vegyületek: fitotropinok Sárga kör farokkal: PIN1, auxin efflux fehérje Narancssárga kör: naftilftálsav-kötő fehérje (gátolja a naftiftálsav és a TIBA) Lila körcikk: kis GTP kötő-protein (gátolja a brefeldin A, ami gátolja az IES transzportot is) Fehér vezikula: endoszóma. A Golgi membránról leváló burkos vezikulum az auxin efflux karrier fehérjét a sejt bazális részére szállítja.

Szintetikus auxinok

Az auxinok kétpontos kötődésének elmélete Az auxin receptor: ABP1 fehérje

Az IES a plazmamembránban található ABP1 receptorhoz kötődik és jelátviteli folyamatot indukál

Az indolecetsav fiziológiai hatásai: 1. a megnyúlásos növekedés szabályozása Optimum görbe szerint hat. A szervek eltérő auxinérzékenységgel rendelkeznek.

Az auxin-indukálta növekedésnek van egy gyors és egy lassú szakasza Lag fázis: 10 perc A megnyúlással a sejtfal pH-jának csökkenése mutat korrelációt. Növekedési sebesség = irreverzibilis extenzibilitás (turgornyomás - küszöbturgor) Az IES az irreverzibilis extenzibilitásra (sejtfal plaszticitására) hat. Ez a sejtfal lazulás.

Az IES-indukált savas növekedés A kétszikűek sejtfala: 1. cellulóz mikrofibrillum; 2. xiloglukán; 3. matrix gél; 4. ramnogalakturonán

A sejtfal rigiditását fokozzák: a kovalens keresztkötések hidrogénkötések Ca2+-hidak

Az IES az apoplaszt savanyodását a H+-ATP-áz serkentésén és de novo szintézisének indukcióján keresztül fejti ki.

A PM ATP-áz aktiválásának mechanizmusa fuzikokcin által A C-terminális autoinhibitor domén hatását a két 14-3-3 protein kötődése és a kötődést stabilizáló fuzikokcin megszünteti, így a protontranszport folyamatos

Az egyik fontos sejtfal lazító faktor az expanzin fehérje, amely IES hatására expresszálódik, és a H+ kötéseket szünteti meg. A β(1→4)glukanázok is szerepet játszanak a sejtfallazításban.

2. Az auxinok fiziológiai hatásai: tropizmusok Fototropizmus A fény egyenlőtlen auxineloszlást okoz: sötét oldalon több IES. A fotoreceptor: flavoprotein (autofoszforiláló proteinkináz, kék fény stimulálja)

2. Az auxinok fiziológiai hatásai: tropizmusok Gravitropizmus A gravitációs erő egyenlőtlen auxineloszlást okoz a gyökérben, az alsó oldalon több IES. A gyökérben ez gátló koncentráció. A jobban növekvő oldalon a sejtfal pH-ja savasabb. A megnövekedett IES koncentrációt jelzi az IES-indukálta gének expresszója. Small auxin upregulated RNA-s (SAURs)

A gravitációs erő érzékelése: sztatolit elmélet Sztatociták a gyökérsüvegben. Amiloplasztok, sztatolitok a sztatocitákban. A sztatolitok vízszintes helyzetű gyökérben elmozdulnak, és mechanikai hatást gyakorolnak a bazális helyzetű ER membránrendszerére. Ez Ca2+ felszabaduláshoz vezet.

3. Az auxinok fiziológiai hatásai: az apikális dominancia szabályozása A csúcsrügyben szintetizálódó auxin gátolja az oldalrügyek kihajtását. A csúcs eltávolítása vagy a citokininek megfordítják a hatást.

4. Az auxinok fiziológiai hatásai: az auxinok indukálják a xilém elemek differenciálódását és a sérült elemek regenerációját. A./ B./ Vaszkuláris elemek differenciálódása Zinnia szövettenyészetben (A.) és sebzés után (B.)

5. Az auxinok fiziológiai hatásai: járulékos gyökerek iniciálása

5. Az auxinok fiziológiai hatásai: járulékos gyökerek indukciója Arabidopsis mutánsok: alf1: extrém mennyiségű járulékos gyökér, 17x IEA tartalom alf4: egyáltalán nincs oldalgyökér primordium, az exogén IES nem állítja helyre a vad fenotípust

6. Az auxinok fiziológiai hatásai: az IES fokozza a terméskötést és parthenokarpiát idéz elő A magvak szelektív eltávolítása a termés azonos oldali részének méretbeli csökkenését eredményezi.

7. Az auxinok fiziológiai hatásai: a levélleválás gátlása

8. Az auxinok fiziológiai hatásai: szövettenyészetekben a morfogenezis szabályozása Magas auxin/citokinin arány: gyökérképződés Átmeneti auxin/citokinin arány: kallusz Alacsony auxin/citokinin arány: hajtásregeneráció

Az auxinok hatása a génexpresszióra Auxin receptor: ABP1 (ER lokalizációs jel) 2. Jelátvitel: MAP kináz sor 3. Génexpressszió: - primér válaszgének (AUX/IAA, SAUR, GH3), nem kell fehérjeszintézis - szekunder válaszgének a transzkripciós faktoraik IES jelenlétében szintetizálódnak AUX válaszelemek a promóterben A GH3 gén expressziója a represszor ubiquitinált formájának eltávolítását igényli.