Appunti di Fisiologia vegetale

Risposte a bassissima affluenza luminosa

Le risposte a bassissima affluenza sono stimolate addirittura da 0.1 nmol/m2, quindi una quantità minima di luce. Sono l'inibizione della crescita del mesocotile, primo fusticino che si forma durante la germinazione, come anche lo stimolo della crescita del coleottile, una specie di piccolo cotiledone, con una struttura particolare in quanto è la prima fogliolina. Questa risposta, tipica ad esempio dei germogli di avena, non è fotoreversibile dato che lo stato fotostazionario prevede la conversione di solo 0,02% Pr in Pfr. È quindi una quantità minore rispetto al minimo necessario per la reversione; perciò, queste risposte una volta attivate procedono e non possono essere invertite.

LFR: - richiedono 1 μmol/m^2 - sono fotoreversibili

La maggior parte delle classiche risposte sono fotoreversibili e un esempio è la germinazione dei semi fotoblastici. Lo spettro d'azione mostra che la stimolazione della

La germinazione dei semi avviene a lunghezze d'onda nel rosso; quindi, il fitocromo riceve la luce rossa e si interconverte nella forma attiva del PRF, mentre l'inibizione della germinazione ha dei picchi d'azione nel rosso lontano. Quindi nel rosso lontano è inibita la germinazione dei semi perché il PFR converte in PR, che è la forma inattiva.

Fuga dalla fotoreversibilità

La reversibilità delle LFR da parte della luce R/FR dura un certo periodo di tempo; esiste un punto di non ritorno che è quello in cui ormai è innescata l'azione primaria del fitocromo e la sequenza di reazioni che portano alla risposta morfogenetica. Questo fenomeno di non reversibilità è chiamato fuga dalla fotoreversibilità.

HIR

• Non obbediscono alla legge di reciprocità
• Richiedono irraggiamenti prolungati (sono bloccate anche da brevi intervalli di buio) di almeno 10 mmol/m^2
• Sono indotte da fluenze 100

volte maggiori delle LFR • Alcune sono reversibili altre non sono fotoreversibili Famiglia genica di fitocromi Esistono due tipi di fitocromo distinguibili, dal punto di vista biochimico: • Tipo I: è la forma Pfr fotolabile • Tipo II: è la forma Pfr fotostabile. Quindi una volta formata non può tornare nella forma Pr Era anche stato riscontrato che nelle piante eziolate, il 90% di fitocromo era di tipo I; mentre nelle piante verdi c'era una uguale quantità dei due tipi di fitocromi. In Arabidopsis esistono cinque tipi di fitocromi (PhyA-E), con stesso cromoforo ma diversa stabilità alla luce. In Riso e altre monocotiledoni esistono invece tre tipi di fitocromi (PhyA-C). PhyA corrisponde al tipo I (fotolabile), mentre tutti gli altri sono del tipo II (fotostabile). Inoltre, di solito le risposte sono gestite da più fitocromi. I due fitocromi predominanti sono PhyA e PhyB: • PhyA media risposte alla luce rosso lontano continua. Stimola

de-eziolamento con luce FR continua.

• PhyB media risposte alla luce rossa continua o bianca. Stimola de-eziolamento da luce R continua 126

Trasduzione del segnale mediata da fitocromo manifestata all'inizio durante la germinazione, quindi al buio nel terreno, ed una fotomorfogenica, determinata dall'esposizione alla luce.

Il fitocromo riesce a gestire il passaggio tra scotomorfogenesi e fotomorfogenesi grazie a diversi meccanismi molecolari. Uno dei meccanismi è quello di degradare dei fattori di trascrizione che normalmente agiscono positivamente sulla scotomorfogenesi. Questi fattori si chiamano PIF (fattori di interazione con il fitocromo). Quando sono funzionali, stimolano la scotomorfogenesi; a certi valori di red/far red, cioè quando la pianta comincia ad avvicinarsi al voler emergere verso l'esterno in fase di germinazione, il fitocromo interagisce con questi fattori PIF fosforilandoli e quindi

segnalandoli per la degradazione mediata dal proteosoma 26S mediata da ubiquitina. Il fitocromo gestisce la fotomorfogenesi degradando i fattori PIFF, attivatori dell'ascotomorfogenesi. Fitocromo al buio: 1. Fitocromo in forma Pr localizzato nel citosol 2. Fattori trascrizione Pif legati a promotori di geni della scotomorfogenesi 3. Ruolo fondamentale del complesso proteico COP1/SPA1 che costituisce la componente enzimatica di una E3 di una ubiquitina ligasi della famiglia CRL 4. In condizione di buio il complesso COP1/SPA1 catalizza la ubiquitinazione edunque degradazione di fattori di trascrizione che regolano come operatori positivi di geni correlati con la fotomorofogenesi (in figura FTF) E3 UBIQUITINA LIGASI: da questo enzima dipende la degradazione delle proteine perché vengono riconosciute da demolire. Fitocromo alla luce: 1. Fitocromo in forma Pfr traslocato nel nucleo 2. Pfr si lega a SPA1 e scinde il complesso COP1/SPA1 che non funziona più come E3 ubiquitina ligasi. COP1 ètrasmette il segnale all'interno della cellula. Il fitocromo B (phyB) è una proteina chiave nella regolazione della risposta alla luce nei vegetali. Quando phyB assorbe la luce rossa (R) viene convertito nella sua forma attiva (Pfr) e si sposta dal nucleo al citosol. I fattori di trascrizione FTF (factors in the phytochrome signaling pathway) sono liberi di legarsi ai promotori dei geni target. Pfr catalizza la fosforilazione dei PIF (phytochrome-interacting factors). Questo avviene nei tPNB (transient Phytochrome Nuclear Bodies), che sono aggregati transienti di regolatori positivi e negativi della fotosegnalazione, tra cui i PIF. I PIF fosforilati vengono marcati con ubiquitinazione e quindi degradati dal proteasoma. Inoltre, phyB attivo è in grado di interagire (e quindi sequestrare) attivamente i PIF 1 e 2. In sintesi, le risposte alla luce mediate dai fitocromi derivano in parte dalla rimozione (attraverso la degradazione proteica) dei fattori di trascrizione inibitori (PIF) e in parte dall'accumulo (tramite traslocazione di COP1) dei fattori di trascrizione induttivi della luce (EX HFR1, HYS, LAF1). Convergenza dei segnali: tutte le vie di regolazione si intersecano con le vie di regolazione mediate dagli ormoni. La proteina del fitocromo è un omodimero, con due domini: uno che riceve la luce e uno che trasmette il segnale all'interno della cellula.si trova all'N-terminale un dominio fotosensorio:

• un dominio di regolazione

Alla regione C-terminale sono presenti due domini:

• PRD (Pass Relateted Domain): ci sono delle sequenze NLS (nuclear localization sequences) che sono necessarie per la migrazione del fitocromo nel nucleo
• dominio HKRD (Histidyn Kinase Relateted Domain): il dominio chinasi cofosforila; il fitocromo si autofosforila e fosforila anche altre proteine in un residuo di serina 129

In seguito alla stimolazione da luce rossa si ha una fosforilazione. Prima si ha la versione in trans- poiché l'autofosforilazione e poi questa proteina potrà fosforilare altre proteine.
Risposte del fitocromo nel citosol
Esiste anche una segnalazione citosolica dopo attivazione del fitocromo da luce rossa; queste risposte sono rapidissime e non possono infatti essere spiegate con meccanismi di regolazione genica o sintesi proteica, ma possono essere spiegate attraverso cambiamenti del potenziale di membrana e flussi.

ionici.In molti casi sono vie di trasduzione del segnale comprendenti come secondimessaggeri il calcio e dipendono dagli effetti sui flussi ionici intercellulari/intracellularie sul potenziale elettrico di membrana plasmatica (movimenti nictinastici nella Mimosapudica).I movimenti sono dovuti a cambiamenti della pressione di turgore; i movimenti di acquasono controllati dallo spostamento di ioni attraverso le membrane cellulari di particolariappartenenti ad organi chiamati “pulvini”.celluleDi notte lo spostamento di ioni potassio (K+) e cloro (Cl-), ma anche di protoni (H+) eioni calcio (Ca++), si accompagna allo spostamento di acqua nelle cellule dorsali cheventrali……le foglioline si chiudono.si rigonfiano mentre si sgonfiano quelli 13016 nov 2022Luce bluLa luce, sia quella rossa, sia quellablu, è un modulatore dei ritmi.Alcuni eventi sono regolati da lucerossa e blu:

• fioritura
• ritmo circadiano
• de-eziolamento ofotomorfogenesialtri

Sono regolati solo dalla luce blu:

• Apertura stomatica
• Fotodinesi - movimento dei cloroplasti
• Fototropismo: il lato all'ombra cresce di più rispetto al lato alla luce. In questo processo entra in gioco anche l'ormone auxina

Lo spettro d'azione delle risposte della luce blu ha un aspetto a tre dita in un range che va dai 400 ai 500 nm. Lo spettro è detto a tre dita in quanto nel grafico sono presenti tre picchi. Questo spettro è tipico anche dei carotenoidi, e delle proteine FAD.

FOTODINESI - movimento dei cloroplasti

I cloroplasti possono muoversi e ricollocarsi in relazione all'intensità di luce per evitare il fotodanneggiamento o per massimizzare la captazione della luce. Infatti, se esposti ad una luce con bassa intensità, i cloroplasti si dispongono con la superfice perpendicolare rispetto alla direzione della luce, in modo da massimizzare la captazione della luce. Se invece sono esposti ad una luce più intensa i

cloroplasti si dispongono parallelamente alla luce.

INIBIZIONE DELL'ALLUNGAMENTO DEL FUSTO
A questo fenomeno collaborano critpocromo e fitocromo, questo significa che nello spettro d'azione della deeziolatura sono compresi sia dei picchi nel rosso che nel blu. Infatti, durante la deeziolatura avviene l'inibizione dell'allungamento del fusto. Lo spettro d'azione dell'inibizione dell'allungamento del fusto prevede sia risposte della luce blu che picchi d'azione nella luce rossa, perché collaborano entrambi. È stato dimostrato come l'inibizione dell'allungamento del fusto è associato a una depolarizzazione della membrana, legata all'attivazione di canali che favoriscono flussi anionici, come il flusso di cloro. Questa è una caratteristica tipica delle risposte indotte dalla luce blu.

APERTURA STOMATICA
La luce fotosinteticamente attiva percepita dalle piante durante il giorno è proporzionale al grado diapertura stomatica. Man mano che aumenta la luce anche l'aperTura aumenta, per poi richiudersi quando la luce diminuisce. A valori molto bassi di irradianza la luce blu tramite fototropine induce:

1. attivazione delle pompe H+ATPasi della membrana plasmatica delle cellule di all'estrusione guardia che porta dei protoni
2. iperpolarizzazione della membrana
3. apertura dei canali da influsso attraverso i canali voltaggio-dipendenti del potassio e di altri soluti, come il cloro