Etilene, brassinosteroidi e acido abscissico

BRASSINOSTEROIDI

Altra famiglia di fitormoni che contribuiscono a:

- Crescita

- Divisione cellulare, allungamento, differenziamento

- Tolleranza allo stress

- Sviluppo riproduttivo.

Sono ormoni steroidei e sono molto simili a quelli presenti in mammiferi e insetti. Nelle piante ci sono due

tipi di ormoni steroidei che sono brassinolide BL e castasterone CS.

Per vedere gli effetti di questi ormoni sulle piante vennero studiate piante trattate con estratti pollinici.

Fu visto che in queste piante, trattate con il polline, si aveva una grossa espansione a livello delle cellule e

una regolazione positiva della crescita della porzione apicale.

Quale fosse la molecola responsabile di questi fenomeni fu visto facendo esperimenti in cui vennero

estratte dal polline le sue sostanze, e fu appunto scoperto, purificato e determinato il brassinolide. Come

per gli altri ormoni delle piante, anche questi sono scarsamente presenti nell’organismo.

Ciò non significa che non sono indispensabili, anzi.

à

BIOSINTESI

A livello della biosintesi e dell’omeostasi, ciò che avviene nelle piante che presentano un difetto nella

percezione e nella biosintesi dei brassinosteroidi è che queste piante presentano un fenotipo nano.

Tutte queste piante che hanno problemi in percezione e biosintesi sono piante NANE. 1

Il pathway di biosintesi è molto complesso, per cui ci focalizzeremo su due/tre enzimi, che porteranno poi

alla formazione finale di castasterone e brassinolide.

Cominciamo a vedere ciò che avviene nei mutanti in cui si è regolata la produzione di campasterolo (il

campasterolo è il precursore di molti brassinosteoidi).

- Se andiamo a vedere il mutante dwarf1, che presenta una mutazione a monte della conversione in

campasterolo, questo dal punto di vista fenotipico presenta le caratteristiche classiche dei mutanti

ai brassinosteroidi: è nano.

Sono nane anche le piante mutanti lkb e dwarf2.

- Dwarf4 invece vediamo che va a codificare per il citocromo P450 22 ossidasi, e anche dwarf4 ha un

fenotipo nano perché presenta una mutazione a monte per la produzione di campasterolo.

- Un altro mutante è DET2, che codifica per una 5alfa-reduttasi.

Anche in questo caso il fenotipo è nano.

Va sottolineato che per la produzione a livello biochimico di brassinolide è necessario del castasterone.

Questo perché ci sono due enzimi chiave che regolano la conversione da castasterone a brassinolide.

Per il trasporto, cosi come per l’etilene, la cosa è semplice: i brassinosteroidi non fanno movimenti a lunga

distanza.

Non hanno quindi trasportatori, ma devono regolare bene i geni chiave per la biosintesi per far sì che gli

ormoni vengano sintetizzati nei luoghi in cui sono necessari per poter attivare la risposta.

Dato che non possono essere trasportati a lunga distanza e dato che la produzione in specifiche regioni

deve essere finalizzata all’attivazione in quella determinata regione, si hanno dei meccanismi di feed back

negativo, in cui sono i brassinosteoridi stessi che possono andare a regolare negativamente la loro

produzione. 2

RICAPITOLANDO, in generale per i brassinosteroisi abbiamo che:

• Tutti i mutanti presentano un classico fenotipo che è un fenotipo dwarf, ovvero. Le piante

presentano quindi una statura ridotta e anche la porzione vegetativa è ridotta

• Per la porzione di biosintesi si ha la famiglia di citochinine del citocromo P450 che vanno a

determinare i principali step di biosintesi

• Non possono essere trasportati, per questo devono agire là dove vengono prodotti.

Risulta quindi importante il luogo in cui vengono sintetizzati, e in alcuni luoghi la produzione è

proprio necessaria

• Inducono un feed back negativo direttamente sulla loro biosintesi. Ad esempio si ha il brassinolide

che regola un enzima questo blocca la biosintesi dell’ormone, che porta quindi ad un blocco

generale della risposta.

VIE DI SEGNALAZIONE

Il recettore principale per i brassinosteroidi è BRI1 e questo recettore risulta essere insensibile al

trattamento con brassinosteroidi.

I brassinosteroidi, a livello delle radici, sono in grado di regolare il fenotipo chiave (ovvero una pianta nana)

e sono in grado anche di regolare la lunghezza dell’apparato radicale. Infatti se si analizza la lunghezza della

radice in una pianta wild type e in una pianta BRI1 vediamo che il trattamento con i brassinosteroidi

determina una riduzione delle dimensioni delle radici nelle piante wild type, mentre il BRI1 risulta essere

sempre resistente.

BRI1 è un recettore ed è un LLL-RK e presenta quella che è la classica struttura di questa classe di recettori.

BRI1 come già detto è il principale recettore, ma sono presenti anche BRL1 e BRL3 come recettori, che sono

espressi solo in alcuni punti della pianta, e non ovunque come BRI1.

Come abbiamo già detto i brassinosteroidi non possono essere trasportati: BRI1 è il principale recettore

perché è espresso ovunque, e questo permette quindi l’attivazione di tali ormoni in tutte le parti della

pianta (visto che i brassinosteroidi non vengono trasportati, è importante che vengano sintetizzati e il fatto

che BRI1 sia espresso ovunque permette una produzione estesa nella pianta).

Andando avanti nel pathway, vediamo una chinasi inibitore del nostro recettore.

La chinasi inibitore è BKI1.

Il recettore BRI1 e la chinasi BKI1 possono interagire fisicamente tra loro per cui si andrà a formare un

complesso recettore-inibitore.

Se andiamo a vedere quello che viene attuato dal recettore vediamo che la sua funzionalità si esprime solo

quando va a formare un complesso, e questo complesso con un altro co-recettore, che è BAK1.

Si ha quindi il nostro recettore BRI1 che è legato alla chinasi inibitore ma che va a formare anche un dimero

con il co-recettore BAK1.

Questo meccanismo è fatto in maniera tale che la chinasi inibitore viene inattivata solo quando il nostro

recettore presenta il legame con il suo co-recettore; infatti normalmente BRI1 è associato alla chinasi che

regola negativamente l’associazione del co-recettore BAK1, e quindi tutto il sistema è spento.

Nel momento in cui viene disattivata la nostra chinasi invece il sistema presenta BAK1 e BRI1 che possono

interagire, formare un recettore a dimero che è attivo.

Recettore e corecettore interagiscono tramite un meccanismo “double lock”:

- Se BRI1 è libero, sia il dominio extracellulare che quello citoplasmatico impediscono il legame con

BAK1; 3

- Se BRI1 è legato, l’inibitore viene fosforilato e si dissocia, e il recettore può legare il corecettore in

entrambi i domini:

La chinasi attivata scatena una cascata di chinasi che attiva a sua volta fattori di trascrizione.

Sempre parlando del signaling dobbiamo parlare di BRZ1e BIN2.

Brz1 è un mutante dominante, e la risposta è esattamente opposta a quella classica dovuta al trattamento

con brassinosteroidi; bin2 invece è un gene insensibile, che dà il classico genotipo dwarf.

Se andiamo a vedere quello che avviene quando vengono percepiti i brassinosteoridi abbiamo che il

recettore, che presenta l’inibitore a valle, che va a interagire con lo stesso inibitore. Il recettore quindi si

blocca.

Nel momento in cui vengono percepiti brassinosteroidi si ha la chinasi che viene portata a degradazione e il

recettore va incontro a fosforilazione; la fosforilazione va a regolare bin2, il quale è un'altra chinasi che 4

regola negativamente la risposta ai brassinosteroidi. Infatti, brz1 e bes1 sono fattori di trascrizione a valle,

mentre bin2 è la chinasi responsabile della fosforilazione.

Nel momento in cui vengono percepiti i brassinosteroidi, abbiamo l’inibitore chinasi che viene degradata, il

recettore che si attiva e il blocco della chinasi bin2.

I fattori di trascrizione quindi non sono più fosforilati, possono essere quindi attivi e attivano la risposta dei

geni a valle. In tutto questo i brassinosteroidi, funzionando su un sistema di regolazione negativa di un

repressore, quindi il nostro bin2, interagiscono con diversi pathway di segnalazione (come quelli per auxina

e giberelline).

RICAPITOLANDO, possiamo dire che i brassinosteroidi vengono percepiti attraverso il recettore BRI1 e il co-

recettore BAK1.

Abbiamo due distinte situazioni:

• In assenza di brassinosteroidi, BRI1 non funziona perché interagisce fisicamente cin una chinasi

inibitore che impedisce l’attivazione del recettore BRI1.

• In presenza di brassinosteroidi BRI1 e BAK1 sono funzionanti, e si ha una cascata che va ad

inattivare la chinasi bin2, che è ancora più a valle ed è un regolatore negativo della risposta ai

brassinosterodi. In questo caso bin2 andava a fosforilare, quindi inattivare, due fattori di

trascrizione chiave: bes1 e bzr1.

Quindi, andando ad inattivare la chinasi, i due fattori di trascrizione non essendo fosforilati possono

essere attivi, e quindi andare ad attivare tutto il sistema di trasduzione del segnale a valle.

ALTRE FUNZIONI

I BR promuovono anche l’allungamento dell’ipocotile.

In assenza di BR sia l’allungamento cellulare, sia l’organizzazione dei microtubuli

risultano anormali. L’allungamento cellulare è promosso da interazioni sinergiche con

l’auxina.

L’auxina induce l’espressione di CPD, un enzima coinvolto nella sintesi dei BR.

I BR attivano ARF2 e l’espressione di altri geni della via di segnalazione dell’auxina.

L’auxina e i BR attivano set di geni simili (ma non sovrapposti) che promuovono

l’allungamento.

Un mutante del riso per la sintesi dei BR presenta foglie più erette, che fanno meno

ombra sulle foglie sottostanti, e possono così attuare più fotosintesi e avere una resa

maggiore. Inoltre una sovraespressione di CYP90B (coinvolto nella biosintesi) causa

anche la produzione di semi di maggiori dimensioni.

Una piccola quantità di BR esogeno stimola la crescita delle radici, ma quantità eccessive

la inibiscono. 5

Infatti i BR regolano l’attività dei geni BRAVO, che a loro volta regolano negativamente la divisione cellulare

nel centro quiescente.

I BR contribuiscono anche allo sviluppo luce-dipendente.

I mutanti per la sintesi dei BR sono stati individuati per la loro crescita de-eziolata al buio.

La luce inibisce le vie di segnalazione dei BR.

BRASSINOSTEROIDI COINVOLTI NELLO SVILUPPO

I Brassinosteroidi sono ormoni particolari, perché agiscono là dove vengono sintetizzati.

Inoltre sono presenti all’interno della pianta in quantitativi molto ridotti, ma nonostante questo per la

crescita dell’organismo sono indispensabili. Infatti, tutti i fenotipi associati ai brassinosteroidi sono fenotipi

associati ad una riduzione della crescita.

Un esempio di processi