Fisiologia vegetale: parete cellulare, auxina, citochinine, gibberelline, etilene, brassinosteroidi, acido abscissico

FUNZIONI DELL'ETILENE

PATOGENI:

L'etilene permette la difesa contro i patogeni.

PORZIONE APICALE E PORZIONE RADICALE:

L'etilene viene prodotto dalla pianta in risposta ad un ostacolo al suo normale sviluppo:

Nella porzione apicale l'etilene favorisce la formazione dell'uncino apicale:

• L'etilene agisce sui PIN, portando ad una ridistribuzione dell'auxina nella porzione concava, che fa espandere le cellule. Quindi si ha riduzione dell'elongazione che porta alla formazione dell'uncino apicale.
• Quando la parte apicale di una piantula incontra un ostacolo viene prodotto etilene in quella zona, il quale permette una riduzione dell'elongazione e la formazione dell'uncino apicale, un ripiegamento della porzione apicale della pianta che ne conferisce resistenza, permettendole di non rovinarsi al contatto dell'ostacolo.

Nella porzione radicale l'etilene fa accorciare e ispessire la radice e ne inibisce il

gravitropismo: - L'etilene interferisce con i trasportatori PIN facendo sì che l'auxina venga delocalizzata dalla nicchia staminale, in modo tale da perdere il gravitropismo (perché per il gravitropismo, oltre agli statociti, è importante il max di auxina nell'anicchia staminale). - Quando una radice incontra un ostacolo viene prodotto etilene in quella zona, il quale permette una riduzione dell'elongazione, l'ispessimento della radice (per renderla più resistente), e la perdita del gravitropismo. In questo modo la radice inizia a crescere lateralmente, in modo da aggirare l'ostacolo.

FOGLIE E FIORI: - L'etilene inibisce l'espansione fogliare: - In seguito a trattamento con etilene, la pianta risulta avere una morfologia fogliare più ristretta ed una minore crescita della porzione apicale della foglia. - L'etilene favorisce la senescenza fogliare: - Con il passare del tempo nella pianta si accumula EIN3, che

Promuove la senescenza fogliare perché permette una maggiore risposta all'etilene. L'etilene rallenta la fioritura.

L'etilene favorisce la senescenza dei petali:

• A livello industriale è vantaggioso avere un ritardo nella senescenza dei petali, in modo che i fiori si mantengano più a lungo. Per questo motivo le piante vengono trattate con inibitori del recettore ETR (come l'inibitore etil-bloc), che sono molecole contenenti argento.

MATURAZIONE DEI FRUTTI:

• Il processo di maturazione dei frutti consiste in:
• Cambiamento strutturale della parete,
• Accumulo di pigmenti,
• Conversione dell'amido in zucchero.

L'etilene favorisce la maturazione dei frutti climaterici ed il degreening di alcuni frutti non-climaterici:

• L'etilene induce la formazione del picco climaterico nei frutti climaterici (mela, banana, pomodoro...)
• L'etilene è essenziale per la maturazione perché nella fase finale

Della loro vita si ha un picco climaterico induce la formazione di un etilene che consiste nell'aumento dell'amaturazione del frutto. La respirazione cellulare con produzione di CO2 che porta alla maturazione.

In questi frutti il picco climaterico si sviluppa anche dopo che il frutto è stato colto dalla pianta.

I frutti non-climaterici (peperoni, agrumi, uva...) non producono grandi quantità di etilene e non aumentano la respirazione nella fase finale della loro vita (non si ha il picco climaterico). I frutti non climaterici, una volta staccati dall'albero, interrompono la maturazione, e la loro respirazione diminuisce pian piano.

La maturazione dei frutti non climaterici è determinata dall'acido abscissico, e nel caso del greening di limoni e aranci, l'etilene ha solo un ruolo marginale: interviene nel degradazione della clorofilla della buccia e porta alla colorazione gialla o arancio ma non altera il loro contenuto zuccherino o la loro.

acidità.

BRASSINOSTEROIDI (BR)

TIPI DI BRASSINOSTEROIDI:

I brassinosteroidi sono degli ormoni scoperti recentemente: trattando delle piante cono estratto di polline si verifica elongazione del fusto della pianta ed elongazione cellulare; analizzando il polline vennero isolati i brassinosteroidi (servono ben 230 Kg di polline per ottenere 10 mg di brassinosteroidi).

Alla famiglia dei brassinosteroidi appartengono 70 ormoni, di cui due sono i principali:

- Brassinolide

- Castasterone

Sono degli ormoni simili agli ormoni steroidei dei mammiferi, come testosterone e estradiolo.

DISTRIBUZIONE DELLE BRASSINOSTEROIDI:

SINTESI:

La biosintesi dei brassinosteroidi è molto complessa, e la molecola di partenza è il campesterolo.

Gli enzimi chiave in arabidopsis (che se mutati si ottiene un fenotipo nano) sono:

- DWF1: converte il metilen-colesterolo in campesterolo

- DWF4

- DET2

Negli ultimi due step:

- CYP85A1: è un enzima monofunzionale: converte il deossi-castasterone

incastasterone.- CYP85A2 e CYP85A3: sono due enzimi bifunzionali:- convertono il deossi-castasterone in castasterone- e possono convertire il castasterone in brassinolìde.

La sintesi dei brassinosteroidi è regolata positivamente dall’auxina.

TRASPORTO:

O I brassinosteroidi non si muovono per lunghe distanze, ma devono essere sintetizzatio dove c’è bisogno.- Uso la tecnica crafting in cui innesto una porzione radicale wt su una pianta mutatache non produce brassinosteroidi, e poi faccio il contrario, e vedo che non si ha ilrecupero della funzione nella pianta mutata quindi i brassinosteroidi non simuovono per lunghe distanze.

DEGRADAZIONE E OMEOSTASI:

O Inattivazione tramite glucosilazione:o L’enzima UDP-glicosil transferasi UGT75C5 aggiunge glucosio ai brassinosteroidi,inattivandoli.- Se over esprimo UGT75C5 ottengo un fenotipo nano, in quanto i brassinosteroidivengono inattivati.

Regolazione a feedback negativo:o I brassinosteroidi stessi vanno a

regolare in maniera negativa la propria produzione, garantendo la propria omeostasi. I brassinosteroidi bloccano a livello trascrizionale CYP85A2, uno degli enzimi dalla sua sintesi. Tramite Real time PCR sono stati analizzati i messaggeri di CYP85A2.

Dopo il trattamento con brassinosteroidi si nota una diminuzione dei livelli dell'mRNA.

TRASDUZIONE DEL SEGNALE DEI BRASSINOSTEROIDI:

Componenti della trasduzione del segnale:

• I recettori dei brassinosteroidi sono:
• BRI1 (brassinosteridi insensitive 1) è il recettore principale dei brassinosteoidi. È situato nella membrana plasmatica e presenta due domini:
• Un dominio extracellulare: ricco in leucina, lega i brassinosteroidi.
• Un dominio intracellulare: presenta un dominio chinasico con il quale interagisce con l'inibitore BKI1.
• BRI3 e BRL1 sono espressi solo in alcuni settori (per esempio nella radice sono espressi solo nel tessuto vascolare, mentre BRI1 è espresso in tutti i tessuti).
• BKI1 è

una chinasi (inibitore) che normalmente è legata al recettore BRI1 inibendone l'attività. In presenza di brassinosteroidi è fosforilato si dissocia dal recettore BRI1, e così non può più esplicare la sua funzione di inibitore.

BAK1 è il corecettore dei brassinosteroidi. Come il recettore, anche il corecettore possiede due domini:

• Un dominio extracellulare
• Un dominio intracellulare: presenta un dominio chinasico

In presenza di brassinosteroidi il recettore BRI1 non è più legato all'inibitore BKI1, e quindi recettore e corecettore si possono legare.

BSK1 è una chinasi che è attiva se fosforilata. BSU1 è una fosfatasi che è attiva se fosforilata. BIN2 è una chinasi che è attiva se fosforilata: va a fosforilare inattivandoli i fattori di trascrizione BZR1 e BES2 (in presenza di brassinosteroidi viene defosforilata e inattivata).

BZR1 e BES1 sono fattori

di trascrizione che sono e attivi quando sono defosforilati: si spostano dal citosol al nucleo dove si legano ai promotori dei geni inducibili daibrassinosteroidi, portando alla loro trascrizione.

In presenza di brassinosteroidi:

1. I brassinosteroidi si legano al recettore BRI1 determinando la fosforilazionedell’inibitore BKI1 che così si dissocia dal recettore BRI1.
2. Così libero, il recettore BRI1 va a legare il corecettore BAK1, e così si attiva la cascatadi auto e trans fosforilazione: viene fosforilata e attivata la chinasi BSK1 la quale fosforila e attiva la fosfatasi BSU1 che defosforila e inattiva BIN2.
3. Con BIN2 inattivata, questa non può andare a fosforilare e inattivare i fattori ditrascrizione BZR1 e BES1, che quindi sono defosforilati e attivi: quindi si spostano dal citosol al nucleo dove si legano ai promotori dei geni inducibili daibrassinosteroidi, portando alla loro trascrizione.

Esperimenti con i mutanti per la trasduzione

• Sovraespressione di BKI1:
  • Fenotipo nano dato che BIK1 è un inibitore, la risposta ai brassinosteroidi è sempre inattivata.
• Mutante BIN2:
  • Fenotipo più grande del wt (presenta una risposta costitutiva) dato che BIN2 manca, non può fosforilare i fattori di trascrizione BZR1 e BES1 che quindi vengono sempre espressi anche in assenza di brassinosteroidi.
• Sovraespressione di BZR1:
  • Fenotipo più grande del wt il fattore di trascrizione è sempre espresso anche in assenza di brassinosteroidi.

• ELONGAZIONE DELL'IPOCOTILE:
  • I brassinosteroidi favoriscono l'elongazione dell'ipocotile:
    • I brassinosteroidi regolano positivamente gli ARF2, dei fattori di trascrizione che legano i promotori dei geni inducibili dall'auxina aux/iaa sui siti AuxRE, e quindi i brassinosteroidi favoriscono la risposta dell'auxina.

• I brassinosteroidi sono necessari per lo sviluppo del polline e della porzione riproduttiva.
• I brassinosteroidi permettono lo sviluppo embrionale del tegumento del seme e dell'endosperma.
• I brassinosteroidi favoriscono l'accrescimento delle dimensioni del seme:
  • A livelli normali di brassinosteroidi il seme ha una dimensione normale, se invece aumentiamo di livelli dell'ormone si ottengono semi di dimensioni maggiori.
• I brassinosteroidi favoriscono la maturazione dei frutti.