Fisiologia degli organismi vegetali

Per evitare la co-soppressione si usa un promotore diverso dalla pianta in cui si vuole esprimere.

Perché di solito geni ortologhi (che svolgono la stessa funzione) in piante diverse producono proteine simili ma la sequenza nucleotidica che codifica per queste proteine può essere molto diversa. Promotore seme specifico di pisello con regione codificante di patata in pisello si ha un aumento influx di saccarosio nei cotiledoni e aumento della velocità di crescita dei cotiledoni. Un altro possibile target sono gli enzimi che modificano e scindono il saccarosio. Si può, aumentando l'attività di questi enzimi INVERTASI o della SACCAROSIO SINTASI, aumentare l'accumulo di saccarosio nei pozzi?

Le invertasi vacuolari, citoplasmatica e di parete sono regolate da piccole proteine che sono inibitori delle invertasi. Non tanto la loro regolazione è trascrizionale ma la loro attività è anche regolata a livello post-traduzionale.

Da queste proteine che ne possono inibire l'azione. Questo è stato fatto in riso, aumentando il chicco. Inoltre è stato fatto un lavoro che riguarda il pomodoro, esi è visto che c'è un aumento di zuccheri nei frutti.

Per quanto riguarda la saccarosio-sintasi si sono fatte delle ingegnerizzazioni. Nel pomodoro è stato fatto un lavoro che ha portato al silenziamento degli inibitori specifici delle invertasidi parete per aumentarne l'attività. Nel pomodoro volevano andare a modificare il trasporto apoplastico.

Sono andati ad analizzare varie invertasi e si è fatto un westernblot a vari stadi della crescita del frutto e del seme (giorni dopo la fecondazione). L'invertasi aumenta la propria attività dopo 20 giorni dopo la fertilizzazione, quindi se ha il suo target, ossia l'inibitore, verrà diminuito. L'inibitore e l'invertasi sono co-espresse nello stesso tessuto e con gli stessi tempi.

Hanno osservato l'attività enzimatica delle invertasi. Essendo un'invertasi si aspettavano di trovare delle differenze degli zuccheri semplici, effettivamente c'è un aumento degli zuccheri liberi (glucosio e fruttosio). I semi erano più grandi. Quindi: partendo dall'obiettivo di aumentare l'attività delle invertasi specifiche della parete si va a individuare gli inibitori che bloccano l'attività delle invertasi a livello post-traduzionale.

LEZIONE 17 - 06/11/2022

ORMONI VEGETALI.

Il metabolismo, la crescita e lo sviluppo della pianta sono modificati da una serie di segnali esogeni ed endogeni.

Nelle piante non esistono organi deputati alla produzione degli ormoni, essi sono prodotti dalle cellule (non tutte lo fanno, cambia la quantità della sintesi).

Sono dei SEGNALI chimici che assolvono la percezione dei segnali:

- esogeni (le piante sono sessili) sia nella parte aerea che nella parte della radice.

Gli ormoni vegetali sono sostanze endogeni che trasducono il segnale derivante dalla percezione dei segnali dell'ambiente e coordinano le cellule e i tessuti. Sono stati studiati da Frits Went (1903-1990) e Kenneth Thimann (1904-1997). Nel 1937 hanno definito gli ormoni come sostanze caratterizzate dalla proprietà di servire come messaggeri chimici per l'attività di certi organi e coordinarli con gli altri.

La pianta percepisce segnali come la temperatura, la luce, la pressione, l'umidità, il vento e segnali volatili come i gas (come acido jasmonico o metil-jasmonato). Scambia segnali chimici anche con organismi non vegetali come batteri o funghi. Le cellule vegetali rispondono alle variazioni esterne e comunicano tra di loro.

Gli ormoni vegetali si trovano nei tessuti a concentrazioni molto basse, eccetto per quei tessuti che devono sintetizzarli, e quindi si va dai picomolari ai micromolari. Quando c'è una variazione che implica il signaling degli ormoni, la

essere usato direttamente nella cellula dove è prodotto o può essere trasportato altrove. È necessario conoscere l'eventuale trasporto. Fondamentale è la proteina recettoriale. E alla modifica del recettore bisogna conoscere la via di trasduzione del segnale.

Esistono due output:

• risposte definite genomiche (che ne modificano la trasduzione genica)
• risposte non genomiche (che non si basano sulla modifica del genoma), ma modifiche che riguardano il citoscheletro o apertura/chiusura dei canali e quindi trasporto di membrana o effetti diretti su alcuni enzimi, quindi modificazioni post-traduzionali.

Questi due output hanno una diversa tempistica, perché gli effetti genomici sono più lenti di quelli non genomici.

Nelle piante, la maggior parte degli effetti non sono attribuibili a un singolo ormone, ma a una combinazione di ormoni. L'effetto dipende dai rapporti quantitativi relativi dei diversi ormoni.

Un ormone può agire

• con anticorpi specifici anti-ormoni→ si può fare immunoistochimica, si può vedere la concentrazione e la presenza in vari tipi di cellule.
• Sono sempre metodi distruttivi.

• detti anche metodi in vivo, sfruttano i geni reporter si usano piante transgeniche che sono state modificate per essere dei sensori degli ormoni.
• Possiamo vedere dalla misura della fluorescenza la presenza nella pianta, vedere come cambia l’attività e la distribuzione dell’ormone.
• Spesso l’attività dell’ormone è legata al trasporto.

può essere una modificazione della proteina stessa o l'intervento di altre proteine. Il recettore porta alla modifica della concentrazione di secondi messaggeri. Molti recettori modificano il potenziale di membrana, attivano canali ionici (legame di IP3 localizzato nel tonoplasto) che permettono l'ingresso di Ca e l'attivazione di chinasi.

SECONDI MESSAGGERI negli eucarioti:

• AMP ciclico
• GMP ciclico
• cADPR
• Diacilglicerolo (DAG)
• Inositolo-1,4,5-trifosfato (IP3)
• Ossido nitrico
• Ione calcio

Per le piante ci sono pochi studi per alcuni di questi secondi messaggeri. IP3 e DAG derivano da modificazioni dei lipidi di membrana.

Dove sono localizzati?

Può esistere più di un recettore per uno stesso ormone, proprio perché le azioni ormonali possono essere molteplici e quindi ogni ormone regola numerosi processi (pleiotropia).

TIR1:

• Auxina (IAA) → recettori di membrana (ABP1) e recettore nucleare (SCF)

Acido abscissico (ABA) GTG sulla membrana

e PYR/PYL citoplasmatico, ma ne ha altri.

• Citochinine (CK) membrana plasmatica CREI1 e sul reticolo endoplasmatico
• Etilene (ET) reticolo endoplasmatico
• Brassinosteroidi (BR) solo sul plasmalemma BRI1
• Gibberelline (GA) nucleare GID1 e sulla membrana plasmatica.

La maggior parte degli ormoni sono stati scoperti per mutazioni, i mutanti sono stati ottenuti con vari metodi (agenti mutageni o con mutanti naturali). Per studiare degli ormoni bisogna individuare il fenotipo che si va a seguire. Per esempio i mutanti per l'etilene prevedono che il frutto non maturi completamente. L'etilene ha a che fare con la senescenza, quindi gli anti-etilenici mantengono i fiori più a lungo. Se mettiamo la piantina al buio la piantina non cresce, filamenta. I mutanti dell'etilene hanno una risposta differente anche al buio. Quindi per ogni ormone viene individuato un caratteristico fenotipo.