29/3/2015. Citocininas: Descoberta das citocininas. Citocininas: Descoberta das citocininas. Outras citocininas artificiais.

Transcrição

1 BV581 - Fisiologia Vegetal Básica - esenvolvimento Citocininas MARCELO C. ORNELAS dornelas@unicamp.br escoberta das Citocininas foram descobertas em esforços paraidentificar compostos que aumentassem o crescimento de células vegetais em cultura Controle Com cinetina cinetina Nos anos 1950s, o grupo de pesquisa de Folke Skoog (Univ. Wisconsin, EUA) identificou uma citocinina sintética, a cinetina (ou kinetina) escoberta das Citocininas foram encontradas sob a sua forma natural em diversas espécies de plantas Outras artificiais trans-zeatina Nos anos 1970s, R. C. Letham identificou a principal citocinina natural, a zeatina em endosperma imaturo de milho (Zea mays) Thidiazuron (TZ) 6-benzilaminopurina (BAP) 1

2 Citocininas e auxinas regulam a organogênese em culturas de tecidos tempo + citocinina + auxina + auxina e citocinina iscos de folha de tabaco colocados em frascos estéreis com meio de cultura contendo vários hormônios Citocininas retardam a senescência das folhas Citocininas regulam complexidade de folhas compostas Tomate A senescência é dramaticamente reduzida em plantas tratadas com Folha6 Folíolo Folha 6 Folíolo Folha 6 Folíolo Plantas tratadas com Plantas controle Aumento da concentração de nas folhas leva ao aumento de complexidade Redução da concentração de nas folhas leva à diminuição de complexidade O controle da forma das folhas é dependente do gene Knotted1-like homeobox (KNOX1) que regulapositivamente a biossíntese de. Citocininas estimulam o crescimento de gemas laterais em interação com auxinas Ação biológica das é um proceso que envolve a plantacomo um todo Auxina Produção de citocinina Crescimento da gema Citocininas podem diretamente estimular o crescimento de gemas laterais, mas auxinas podem impedir este crescimento reprimindo a biossíntese de no nó. Se as plantas forem decaptadas, recémsintetizadas podem ser transportadas ao nó e induzir o crescimento das gemas laterais. Catabolismo Conjugação Síntese Transporte Percepção (receptor) Citocininas regulam: esenvolvimento do caule e da raiz Senescência foliar Absorção e alocação de nutrientes Vários outros processos... ativação/ inativação da transcrição Genes Alvos Funções Biológicas amagalska, M. and Leyser, O. (2011) Signal integration in the control of shoot branching. Nature Reviews: Molecular Cell Biology 12:

3 Estrutura das principais adenina Citocininassão compostos derivados da substituiçãodo N 6 de adeninas. trans-zeatina (tz) Trans-zeatina e isopenteniladenina são as mais ativase mais abundantes Isopenteniladenina (ip) Síntese de Síntese de Isopenteniltransferase (IPT) (trans- hidroxilação) Isopenteniltransferase (IPT) (trans- hidroxilação) AP/ ATP + ipp/ iptp tzp/ tztp transzeatin (tz) riboside phosphate AP/ ATP + ipp/ iptp tzp/ tztp transzeatin (tz) riboside phosphate Adenina e isoprenos são os precursoresdas A atividade de contribui para a abundânica relativade ip versus tz ip Isopenteniladenina (ip) tz trans-zeatina (tz) ip e tz são finalmente produzidaspor desfosforilação e desrribosilação ip Formas Ativas tz Síntese de Isopenteniltransferase (IPT) (trans- hidroxilação) Superexpressão de IPT causa redução da dominância apical, redução do crescimento da raiz e atraso na senescência foliar Maior crescimento das gemas laterais AP/ ATP + Estes doisúltimos passossão realizados poruma enzimachamada LONELY GUY ipp/ iptp ip LONELY GUY Formas Ativas tzp/ tztp transzeatin (tz) riboside phosphate tz selvagem Superexpressão de IPT Aumento de parte aérea, redução da raiz Medford, J.I., et al. (1989) Alterations of endogenous cytokinins in plants using a chimeric isopentenyl transferase gene Plant Cell1:

4 Mutantes ipt possuem crescimento caulinar reduzido e aumento do crescimento da raiz A expressão de genes (e, portanto, a produção de tz) é altamente regulada WT WT atipt1; 3;5;7 WT atipt1; 3;5;7 atipt1;3;5;7 Mutantes ipt com perda de função possuem menos de 20% do total de citocinina do tipo selvagem Miyawaki, K., et al. (2006). Roles of ArabidopsisATP/AP isopentenyltransferases and trna isopentenyltransferases in cytokinin biosynthesis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103: Os genes são raiz-específicos, induzidos por e reprimidos por auxinas e ABA Takei, K., Yamaya, T., and Sakakibara,. (2004). Arabidopsis 1 and 2 encode cytokinin hydroxylases that catalyze the biosynthesis of trans-zeatin. J. Biol. Chem. 279: Citocininas podem ser inativadas por conjugação ou degradação A superexpressão de genes X aumentam o crescimento da raiz e reduzem o da parte aérea CONJUGAÇÃO É REVERSÍVEL! O-glicosilação ou O-acetilação Adenina Fosforribosil Transferase 1 A (APT1) adenilação Sítios de glucosilação FORMA ATIVA LOG Os genes X são importantes reguladores dos níveis de! Citocinina oxidase (X) Genes X são induzidos por citocinina! EGRAAÇÃO É IRREVERSÍVEL! Estes efeitos são muito similares aos de perda de função de IPT! Werner, T., Motyka, V., Strnad, M., and Schmülling, T. (2001). Regulation of plant growth by cytokinin. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 98: , Copyright 2001 National Academy of Sciences, USA. Variação natural na expressão de X afeta produção de grãos em arroz Citocininas são transportadas principalmente pelo xilema mas também pelo floema A variedade de arroz Koshihikari (Ko) possui expressão elevada de OsX2, menor nível de citocinina e produção reduzida, quando comparada com a variedade abataki (a, NIL-GN1) iferentes são produzidas e transportadas pela planta. Estas formas diferentes podem ter efeitos diferentes. A seiva do floema contém ip e tz Receptores nas folhas são mais sensíveis a tz Caule Plantas de arroz que acumulam mais citocinina produzem mais devido a mudanças na arquitetura da parte aérea Nas raízes ip tz Floema Xilema Receptores nas raízes são mais sensíveis a ip A seiva do xilema contém majoritariamente tz que é sintetizada nas raízes por Ashikari, M. et al. (2005) Cytokinin oxidase regulates rice grain production. Science 309: Lomin, S.N., Krivosheev,.M., Steklov, M.Y., Osolodkin,.I. and Romanov, G.A. (2012) Receptor properties and features of cytokinin signaling. Acta Naturae 3:

5 Sinalização de é mediada por receptores transres do tipo histidina-kinase Cytokinin receptor (AK2) Cytokinin receptor (AK3) Receptores de citocinina Receptores de citocinina possuem domínio CASE que se liga à citocinina istidina-kinases relacionadas Proteínas similares incluem o receptor de etileno, ETR1 funcional (dímero) MONÔMERO E (ou AK2, AK3) CASE que se liga a citocinina (extracelular) transr istidina kinase = 1 molécula de (receptor ativo é um ÍMERO= 2 moléculas) Receptores funcionais são dímeros que se encontram na plasmática da célula Na ausência de citocinina, os receptores estão inativos. =istidina =Aspartato Na presença de citocinina, há o início de uma cascata de fosforilação AP (inativa) AP (ativa) O receptor transfere fosfato para uma histidina fosfotransferase (á 5 em Arabidopsis, AP1 a AP5) 5

6 á dois tipos de reguladores de resposta responsivos a citocinina AP ARR núcleo A AP ativa vai para o núcleo onde transfere o fosfato para um regulador de resposta (RR). á 23 RRs em Arabidopsis, denominados ARR receptor receptor de ligação a NA Arabidopsis: 10 ARRS tipo A Arabidopsis: 11 ARRs tipo B Regulador NEGATIVO Regulador POSITIVO Arabidopsis possui ainda 2 ARRs do tipo C, mas estes não são responsivos a AP ARR tipo B núcleo Transcrição de genes induzidos por ARRs do tipo B podem funcionar como ativadores transcricionais e ativar genes induzidos por AP ARR tipo B X núcleo ARR tipo A X Transcrição de genes induzidos por ARRs do tipo A reprimem a ação dos ARRS do tipo B e possuem outras ações induzidas por Superexpressão de um ARR do tipo A inibe a iniciação de parte aérea em cultura in vitro de arroz Como ARRs do tipo A interferem com a sinalização de? á duas possibilidades nãoexclusivas ARRs do tipo A competem com os do tipo B por grupos fosfato Controle Superexpressão de ARR do tipo A de arroz irose, N., Makita, N., Kojima, M., Kamada-Nobusada, T., and Sakakibara,. (2007). Overexpression of a type-a response regulator alters rice morphology and cytokinin metabolism. Plant Cell Physiol. 48: ARRs do tipo A interferem com a ação de transcrição dos ARRs do tipo B 6

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