Citochinine Regolatori della divisione cellulare.

Slide 1 Citochinine Regolatori della divisione cellulare Slide 2 Molte cellule vegetali sono totipotenti - Dopo coltura in vitro, molte cellule possono dare luogo a piante intere (es. cellule di guardia) - In seguito a ferita le cellule possono ricominciare a dividersi Infection with Agrobacterium tumefaciens at the wound site causes tumor-forming disease crown-gall (unorganized mass of tumor-like tissue) natural evidence of the mitotic potential of mature plant cells Haberlandt 1913: vascular tissue contains a water-soluble substance that will stimulate division of wounded potato tuber tissue discovery of cytokinins in 1950s Tomato stem Slide 3 Scoperta, identificazione e proprietà Kinetin A breakdown product of DNA Philip White: nutrient medium, supplemented with auxin and 10-20% coconut milk supports cell division of mature, differentiated cells from a variety of tissues and species, leading to formation of callus tissue. Coconut milk contains substance/s that stimulate/s mature cells to enter and remain in cell division cycle. Coconut milk was shown to contain the cytokinin zeatin. The very first cytokinin discovered was the synthetic analog kinetin. Slide 4 La Zeatina è la citochinina naturale più abbondante Extracts of immature endosperm of corn (Zea mays) contain a substance with the same biological effect as kinetin. This substance stimulates mature plant cells to divide when added to culture medium along with auxin. Letham (1973) isolated that substance, called zeatin. Kinetin Slide 5 Alcuni batteri patogeni, insetti e nematodi producono citochinine libere Linfezione di tessuti vegetali da parte di questi organismi induce il tessuto a dividersi e in alcuni casi a formare strutture speciali (galle di insetti che sono usate come feeding sites e protezione) Scopa della mstrega sullabete causata da Corynebacterium fascians; Le gemme laterali (normalmente dormienti) sono stimolate a crescere dalla citochinina prodotta dal batterio Slide 6 T-DNA of Agrobacterium tumefaciens encodes an enzyme of cytokinin biosynthesis. PNAS (1984) 81:5994-5998 Tumore su una foglia di oleandro Tumore su un fusto di Paullonia Tumori vari Slide 7 Insetti (es. afidi) http://www.epress.com/w3jbio/vol2/mcdermott/mcdermott.html Nipple gall Slide 8 Biosintesi, trasporto e metabolismo Transport of cytokinins from roots to shoot via xylem. Cytokinins are rapidly metabolized by cytokinin oxidase, thereby inactivating cytokinins. Root apical meristem = major site of free cytokinins in whole plant. (isopentenyladenine) Slide 9 Importanza delle citochinine nello sviluppo Slide 10 The shoot and root growth of triple mutants was very slow, and leaf numbers were decreased and the plant occasionally produced an inflorescence stem with abnormal and nonfunctional flowers, but did not produce seeds. Le radici del mutante triplo crescono per pochi giorni e poi si fermano Il mutante risulta insensibile alle citochinine Mutante di Arabidopsis che manca di tutti i recettori per lo citochinine Slide 11 Phenotype of the triple mutant grown with or without t-zeatin. Higuchi M et al. (2004) PNAS 101:8821-8826 Thirteen-day-old triple mutant cre1–12 ahk3–3 ahk2–2 Thirteen-day-old WT seedlings (Col) 1,000 ng/ml t-zeatin 100 ng/ml Slide 12 Ruolo biologico delle citochinine Tabacco che sovraesprime il gene catabolico (citochinina ossidasi) riduzione nei livelli di citochinina endogenous inibizione della crescita del fusto dovuta a una ridotta velocità di proliferazione nel SAM WT AtCKX1 = Arabidopsis cytokinin oxidase AtCKX1-OX Le citochinine regulano la divisione cellulare in vivo Slide 13 Citochinina richiesta per la normale crescita del SAM SAM del tabacco wt SAM del tabacco transgenico sovraepressione di AtCKX1 carenza di citochinina SAM di dimensioni ridotte Slide 14 Citochinina: riduce la crescita delle radici WT tobacco AtCKX1-OX Cytokinin-deficient Citochinina deprime le dimensioni e la divisione cellulare a livello delle radici. Citochinine hanno ruuoli opposti nel regolare la proliferazione cellulare nel RAM (Root Apical Meristem) e nel SAM. Slide 15 Il rapporto auxina:citochinina regola la morfogenesi dei tessuti in coltura High auxin:cytokinin ratio: root Low auxin/cytokinin ratio: shoot Intermediate auxin/cytokinin ratio : callus Nutrient agar Callus Roots Shoots No growth Auxin Kinetin Plant tissue Ratio: 15 150 0.003 Slide 16 Citochinina rallenta la senescenza fogliare Senescenza = invecchiamento programmato porta alla morte del tessuto La senescenza fogliare è ritardata in tabacco transgenico contenente alti livelli di citochinine. Slide 17 Ormoni e fotomorfogenesi Gli ormoni vegetali hanno un effetto sulla crescita e sulla morfogenesi Questo effetto è modulato dalla presenza della luce I recettori (PHY, CRY, PHOT) interagiscono con le vie degli ormoni e ne modulano lattività esempi: citochinine, brassinosteroidi, (già menzionati etilene, auxina, GA)... Slide 18 Ormoni e fotomorfogenesi: citochinine BuioBuio + citochinine Citochinine producono una fenocopia del mutante det: aumentano la de- eziolatura di piante cresciute al buio I plastidi si sviluppano parzialmente Slide 19 Brassinosteroidi (un ormone della crescita) Slide 20 Brassinosteroids Brassinolide I and II indicate regions of variations. Slide 21 Scoperta dei Brassinosteroidi Scoperti come agenti stimolanti la crescita e presenti nel polline della colza Mitchell 1970 chiama queste sostanze Brassine Occur in Brassicaceae (mustards, cauliflowers, cabbages, turnips, Arabidopsis) Slide 22 Stimolano la crescita anche di internodi Brassine inducono lallungamento di steli in fagiolo: Mandava 1988 Bean second internode bioassay Untreated control Non è stato riconosciuto come un ormone fino alla metà degli anni 90 Slide 23 Fenotipi dei mutanti di Arabidopsis WTdet2 bri1 hom bri1 het cpd hom cpd het det2 (adult) WT (adult)det2 WT bri1 – brassinosteroid insensitive 1 cpd – constitutive photomorphogenic and dwarfism det2 – de-etiolated2 BRI – brassinosteroid receptor Il mutante det2 è nano CPD e DET2 sono enzimi della via biosintetica det2 wt Slide 24 Brassinolide e gli intermedi della via biosintetica ristorano la normale crescita del mutante cpd no sterioid CL, campesterol CT, cathasterone TE, teasterone DT, 3-dehydroteasterone TY, typhasterol CS, castasterone BL, brassinolide Slide 25 Via biosintetica semplificata del BL Single reactions Multiple reactions Slide 26 Isolamento di un recettore dei brassinosteroidi He et al. 2000 Perception of brassinosteroids by the extracellular domain of the receptor kinase BRI1, Science: 288, 2360 2000 Li and Chory (1997) A putative leucine rich repeat receptor kinase involved in brassinosteriod signal transduction. Cell 5: 929 - In animals, there are RTKs (receptor tyrosine kinases) to perceive steroids - In plants, there are always serine- threonine kinases and they are called RLKs (receptor-like kinases). - Steroids perceived at membrane BIN locus renamed BRI Dark Light 2 month light Slide 27 BRI1 is an LRR serine/threonine kinase TM – transmembrane domain Slide 28 Some experiments that show BRI1 is the receptor Slide 29 Plant receptor-like kinases LRR = Leucine-rich repeat From Shiu and Bleecker 2001 PNAS 98: 10763 Slide 30 The Domain structure of the BRI1 receptor Slide 31 A Model of BR Signaling (1)(2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) Slide 32 Brassinosteroids-mediated physiological responses Inibiscono: crescita delle radici (ma in alcuni casi la promuovono) abscissione fogliare Stimolano: Allungamento di cellule e steli e la divisione promuovono la crescita Srotolamento e curvature nelle erbacee produzione di etilene germinazione dei semi e fotomorfogenesi differenziamento dello xilema Crescita del tubetto pollinico Slide 33 http://plantphys.info/plant_physiology/cytokinin.shtml