12. fitohormoni i regulatori na rasteweto

Fitohormoni i regulatori na rasteweto

282

12. FITOHORMONI I REGULATORI NA RASTEWETO

Rastot i razvitokot na rastitelnite organizmi se odviva pod kontrola na golem broj nadvore{ni i vnatre{ni faktori. Morfogenetskite karakteristiki na rastenijata se genetski usloveni i determinirani, dodeka nivnite fenotipski svojstva se rezultat na dejstvoto na genomot, sredinata i endogenite faktori. Spored toa, ontogenetskiot razvitok na rastenijata se odiva preku kontinuirani promeni na morfolo{kata gradba i biohemisko-fiziolo{kite procesi. Ontogenetskiot regulatoren sistem kaj rastenijata se sostoi od pove}e nivoa na kontrola:

- prvata kontrola (intracelularna) se odviva na nivo na kletka i se realizira so pomo{ na funkcionalnite mehanizmi na kletkata. Vo osnova na ovaa kontrola se nao|aat biohemiskite promeni vo kletkata.

- vtorata kontrola (intercelularna) e pretstavena so me|usebnite korelacii pome|u kletkite i tkivata. Osnovni regulatori na intercelularnite i endogenite koordinacii vo razvitokot na rastenijata se fitohormonite (stimulatorite i inhibitorite na rastot). Hormonalnata kontrola ja vr{at ~etiri grupi na soedinenija: auksini, giberelini, citokinini i inhibitori na rastot. Prvite tri grupi pretstavuvaat stimulatori na rastot, a ~etvrtata grupa soedinenija go zabavuvaat ili inhibiraat rasteweto (antagonisti na stimulatorite).

- tretata kontrola e uslovena od dejstvoto na nadvore{nite faktori. Razli~ni nadvore{ni faktori moàt da go kontroliraat razvitokot vo oddelnite fazi od ontogenezata na rastenijata. Regulacijata na vnatre{nite жivotni procesi pod dejstvo na oddelni nadvore{ni faktori se vr{i preku promenite vo funkcioniraweto na hormonskiot sistem.

Ovie tri tipa na kontrola se zavisni eden od drug i vo najgolem broj slu~ai pome|u niv postoi zaemna interakcija. Vsu{nost, fitohormonite dejstvuvaat kako aktivni materii vo regulatorniot mehanizam na kletkata. Ontogenetskiot razvitok na rastitelniot organizam se realizira preku mnogubrojni kontinuirani promeni vo morfolo{kata gradba, kako i vo fiziolo{kite i biohemiskite funkcii. Pove}ekleto~nite organizmi koi poseduvaat razli~ni organi pretstavuvaat edinstvena funkcionalna celina vo koja aktivnostite na site organi pome|u sebe se koordinirani. Koordinacijata na ovie aktivnosti ja vr{at fitohormonite, koi se sintetiziraat vo odredeni tkiva i se transportiraat vo drugi tkiva ili organi kade imaat biolo{ko aktivno dejstvo.

Kon krajot na XIX vek, germanskiot botani~ar Julius Saks (1880) prou~uvaj}i ja korelacijata pome|u rastitelnite organi dokaàl deka fitohormonite imaat vlijanie vrz formiraweto na novi koreni, pupki, listovi i cvetovi. Charles i Frensis Darvin (1881) vo deloto „Dvièwa kaj rastenijata” go opi{ale vlijanieto na eden organ vrz drug vo tekot na rasteweto. Me|utoa, duri vo triesettite godini od XX vek bila izolirana supstancijata koja imala regulatorna funkcija vo rasteweto i bila identificirana kako indolil-3-ocetna kiselina (IAA) koja pretstavuva osnoven priroden auksin kaj rastenijata. Potoa, bile otkrieni i mnogu drugi prirodni i sintetski supstancii, koi denes se definirani pod terminot fitohormoni i regulatori na rastot.

Fitohormonite se prisutni vo site rastitelni organi i vo site fazi od razvitokot. Vsu{nost, tie se sostaven del na site kletki i direktno ili indirektno gi modificiraat site fiziolo{ki pojavi kaj rastenijata. Isto taka, bile otkrieni u{te dve grupi rastitelni hormoni ozna~eni kako giberelini i

citokinini. Giberelinite bile izolirani od filtratot na gabata Gibberella fujikuroi (Fusarium moniliforme) koja parazitira na orizot i tie dejstvuvaat vrz rastot


283

na celi intaktni rastenija. Citokininite ja stimuliraat kleto~nata delba vo in vitro uslovi i imaat golemo zna~ewe vo procesite na stareewe na rastenijata.

Vo grupata na rastitelni hormoni se vbrojuvaat i inhibitorite na rastot. Vo

ovaa grupa hormoni se vbrojuvaat absicinskata kiselina (ABA) i etilenot, koi u~estvuvaat vo procesite na opa|awe na listovite i plodovite.

Za definirawe na rastitelnite hormoni se upotrebuvaat dva termina, fitohormoni i regulatori na rastot. Fitohormonite (5 grupi na rastitelni hormoni) moè da se definiraat kako supstancii koi go reguliraat rastot i razvitokot na rastenijata i tie dejstvuvaat na mesto oddale~eno od mestoto na nivnata sinteza. Poimot “regulatori na rastot” e po{irok i istiot gi opfa}a i fitohormonite. Sepak, sekoe od ovie soedinenija ima jasno definirani fiziolo{ki osobini, na~in na dejstvuvawe i efekti.

Fitohormonite i regulatorite na rastot moàt da se koristat vo rastitelnoto proizvodstvo zemjodelstvoto, ovo{tarstvoto, {umarstvoto, cve}arstvoto, kako i vo niza drugi primeneti nauki. 12.1 Definicija i glavni karakteristiki na fitohormonite

Fitohormonite se organski supstancii so mala molekulska masa koi vo mnogu niski koncentracii izvr{uvaat specifi~ni regulatorni funkcii. Tie moè da stimuliraat, inhibiraat ili na drug na~in da gi modificiraat rasteweto i razvitokot. Hormonalnata regulacija e osnova na rasteweto i razvitokot, kako i na site drugi funkcii vo rastitelniot organizam koi direktno ili indirektno se povrzani so hormonalniot status na rastenieto. Nadvore{nite faktori imaat golemo vlijanie vrz hormonalniot status. Spored toa, hormonite pretstavuvaat elementi na signalniot sistem koi gi koordiniraat funkciite na rastenieto pod vlijanie na nadvore{nite faktori.

Pod fitohormoni se podrazbiraat samo prirodni supstancii koi se sintetiziraat vo rastitelniot organizam i tie pretstavuvaat regulatori so prirodno poteklo. Za razlika od niv, postojat golem broj sli~ni sintetski hemiski soedinenija koi se opfateni so po{irokiot poim regulatori na rastot. Definicijata za regulatori na rastot go opfa}a i poimot ”biolo{ki aktivni materii” koj glavno se upotrebuva za mnogu supstancii {to se aktivni i dejstvuvaat vo mnogu niski koncetracii. Mikrometaboliti~kite elementi, kako i organskite supstancii koi vleguvaat vo intermediernite metaboliti~ki procesi ne se vbrojuvaat vo regulatori na rastot.

Fitohormonite opfa}aat 5 grupi soedinenija koi me|u sebe se razlikuvaat kako po hemiskite svojstva, taka i po fiziolo{koto dejstvo. Tie se: auksini,

giberelini, citokinini, abscisinska kiselina i gasot etilen. Ovaa lista e pro{irena u{te so 4 grupi soedinenija: jasmonati, brasinosteroidi, oligosaharidi i poliamini. Isto taka, postoi {irok spektar na naktivni supstancii koi imaat specifi~ni funkcii kaj odredeni rastitelni vidovi, rodovi ili familii, a imaat {iroka rasprostranetost vo rastitelniot svet. So poimot “supstancii na rastot” moàt da se opfatat i nekoi metaboliti kaj niìte rastenija: algi, movovi i paprati, koi go reguliraat nivniot reproduktiven razvitok, dodeka gabnite metaboliti imaat vlijanie vrz vi{ite rastenija. Vo poslednava decenija vo grupata na fitohormoni se vbrojuvaat i nekoi polipeptidi, koi imaat regulatorna funkcija vo nekoi procesi.

Terminot “hormon” e prezemen od animalnata fiziologija i se odnesuva na aktivna supstancija koja se sozdava vo posebni `lezdeni kletki, a potoa se transportira po humoralen pat do nekoi odredeni tkiva i organi kade {to go izrazuva svoeto dejstvo vrz celnite kletki. Ovoj definiran termin ne moè da se


284

primeni za rastitelnite hormoni. Rastenijata nemaat specifi~ni `lezdi vo koi se sintetiziraat hormonite, nitu pak poseduvaat odredeni celni kletki ili kleto~ni receptori. Isto taka, {to se odnesuva na transportot, rastenijata nemaat humoralen sistem. Za razlika od animalnite hormoni koi so svoeto dejstvo se specifi~ni za odredeni kletki, rastitelnite hormoni imaat po{irok spektar na dejstvuvawe. Rastitelnite hormoni dejstvuvaat vrz procesite na rastewe i razvitok na kletkite i tkivata vo tekot na celiot ìvoten ciklus na rastenieto. Me|utoa, efektot na eden hormon vrz edna ista kletka moè da bide razli~en zavisno od stadiumot na nejziniot razvitok. Razli~nite efekti na hormonite zavisat od tipot na kletkite i vo nivniot razvoen proces obi~no u~estvuvaat dva ili pove}e hormoni. Sepak, krajnata morfogenetska reakcija na hormonite zavisi od toa dali nivnata interakcija e sinergisti~ka ili antagonisti~ka. Isto taka, reakciite zavisat i od odnosot na hormonite i nivnoto sukcesivno dejstvo. Spored toa, pri prou~uvawe na ulogata na hormonite vo nekoj fiziolo{ki proces, neophodno e da se zeme predvid celiot hormonalen kompleks i negovite dinami~ki promeni. 12.1.1 Metodi za izolirawe, identifikacija i kvantifikacija na hormonite Fitohormonite se aktivni vo mnogu niski koncentracii i za izolirawe, identifikacija i kvantifikacija na ovie aktivni soedinenija naj~esto se koristat hromatografski metodi. Isto taka, za prou~uvawe na hormonite se

koristat razli~ni fizi~ko-hemiski metodi. Taka na pr., so primena na masenata spektrometrija e izvr{ena celosna identifikacija na fitohormonite. Isto taka, hormonite se kvantificiraat so primena na interni standardi koi sodràt to~no opredeleno koli~estvo na hormonot so deuterium (2H) ili tricium (3H). Na toj na~in e ovozmoèno da se identificira i kvantificira mnogu malo koli~estvo na auksin (okolu 1 pikogram), {to se nao|a vo edno steblo od gra{ok ili zrno od p~enka (Hedden, 1993).

Koncentracijata na aktivniot hormon zavisi od balansot pome|u negovata biosinteza i metabolizmot. Biosintezata e regulirana od razli~ni genetski i nadvore{ni faktori. Metabolizmot na hormonite opfa}a nivna konverzija vo razli~ni soedinenija, transport, kowugacija, kako i kataliti~ki procesi koi predizvikuvaat destrukcija i inaktivacija na hormonite. 12.2 Auksini

Auksinite se prva grupa na rastitelni hormoni koi go stimuliraat rasteweto na rastitelnite kletki. Nivnoto ime poteknuva od gr~kiot glagol auxein {to zna~i raste. Fiziolo{kata karakteristika na auksinite se sostoi vo nivnoto dejstvo vrz izdolùvaweto na koleoptilot na trevite (oves, p~enica, p~enka). Isto taka, auksinite vlijaat i vrz mnogu drugi fiziolo{ki procesi.

Spored hemiskiot sostav, auksinite pretstavuvaat indolni soedinenija, ~ie

centralno mesto pripa|a na indolil-3-ocetnata kiselina (IAA= indoleacetic acid). Kaj mnogu rastitelni vidovi kako auksin e prisutna i fenilocetnata kiselina (PAA= phenylacetic acid). Isto taka, postojat i golem broj sintetski auksini, koi vo odnos na svojata fiziolo{ka funkcija se sli~ni so prirodnite auksini.

Charles i Francis Darwin (1881) go prou~uvale fototropizmot (svitkuvaweto vo pravec na svetlinata) na koleoptilot od trevata Phalaris canariensis. Pritoa, utvrdile deka koleoptilot se svitkuva kon svetlinata ako istiot se osvetli, no ako se otse~e ili pokrie toga{ svitkuvaweto otsustvuva (Sl.12.1). Toa zna~i deka vo vrvot na koleoptilot se javuva nekoj “stimulus” koj se dviì bazipetalno i ima


285

vlijanie vrz svitkuvaweto na dolniot del od koleoptilot. Podocna bilo pokaàno deka deka stimuliraweto bilo predizvikano od nekoja hemiska supstancija. Terminot „hormon” vo fiziologijta na rastenija go predloìl Fitting (1909) vrz baza na prou~uvawa na razli~ni procesi kako {to se svitkuvawata na koleoptilite, kako i efektot na proizvodite od polenovite zrna vrz rasteweto na plodnikot kaj orhidei. Spored istraùvawata, ovie procesi bile regulirani od nekoi hemiski faktori.

Holandskiot fiziolog Boysen-Jensen (1918) potvrdil deka koleoptilot od oves (Avena sativa) se svitkuva vo pravec kon svetlinata, a kako rezultat na toa zatemnetata strana rastela mnogu pobrzo od osvetlenata (Sl. 12.1). Vsu{nost, toj dokaàl deka vo ovoj proces u~estvuva nekoja supstancija koja se dviì po pat na difuzija. Ako se otse~e vrvot na koleoptilot, toga{ toj nema da reagira na svetlinata. Ako na prese~enoto mesto se stavi èlatin preku koj vrvot e vo kontakt so koleoptilot, toga{ toj }e reagira na svetlinata. Me|utoa, koga namesto èlatin }e se stavi plo~a od liskun, toga{ otsustvuva svitkuvaweto na koleoptilot.

Sl. 12.1 Po~etni rezultati za dejstvoto na fitohormonite (Тaiz i Zeiger, 2006). Eksperimentite na Paái (1919) pokaàle deka za da se svitka koleoptilot ne e neophodno potrebno ednostrano osvetluvawe, pri {to bilo dokaàno deka vrvot na koleoptilot proizveduva supstancija koja predizvikuva rastewe na kletkite do koi e transportirana. Went (1926) definitivno gi otkril hormonite za rastewe kaj etiolirani koleoptili od oves. Vo ovie eksperimenti od mladi etiolirani koleoptili (72 h) bile otse~eni vrvovi (3 mm) koi bile odrùvani 2-3 ~asa na kocki od agar. Za ovoj vremenski period hormonot od vrvovite na koleoptilite difundiral vo agarot. Potoa, kockite od agar bile postaveni na drugi koleoptili prethodno dekapitirani (so otse~en vrv), pri {to bilo zabeleàno deka tkivoto na koleoptilot se izdolùva. Koleoptilot se svitkuval na sprotivnata strana od kockata agar, kako rezultat na neednakvoto izdolùvawe na kletkite od dvete


286

strani na koleoptilot. Agolot na svitkuvawe bil proporcionalen so koncetracijata na aktivnata supstancija vo kockite agar, odnosno na brojot na postavenite koleoptili. Ovaa postapka e poznata kako Wentov Avena-test, a aktivnata supstancija bila nare~ena auksin.

Eksperimentite na ruskiot fiziolog N.G. Cholodni (1927) so koi go prou~uval mehanizmot na gravitropskite reakcii dale golem pridones vo otkrivawe na hormonite. Pritoa, bilo potvrdeno deka korenot pretstavuva organ so vnatre{na sekrecija koj ispra}a supstancija vo zonata na izdolùvawe. Taa supstancija

ovozmoùva korenot so svitkuvawe da reagira na silata na zemjinata teà. Vsu{nost, paralelniot razvoj na ovie dve {koli ja dale osnovata na hormonalnata hipoteza za tropizmite poznata kako hipoteza Cholodni-Went. 12.2.1 Biosinteza i metabolizam na auksinite

Prv biolo{ki metod za izolirawe i kvantifikacija na eden rastitelen hormon bila Went-ovata postapka na difuzija vo agar. Koli~estvoto na aktivnata supstancija vo agarot bilo mnogu malo za hemiski ispituvawa i poradi toa neophodno bilo da se istraùvaat drugi metodi za kvantifikacija. Kögl i sor., (1934) izolirale auksin od humana urina i od kvasec, koj bil identifikuvan kako indol-3-ocetna kiselina (IAA). Potoa, Thimann (1935) go izoliral istiot auksin od kultura na gabata Rhizopus suinus. Indol-3-ocetnata kiselina bila proizvedena i po sintetski pat i po~nala {iroko da se upotrebuva vo site natamo{ni ispituvawa. Taka, so primena na gasnata hromatografija i masenata spektrometrija kone~no bil identifikuvan Darvinoviot „stimulus”. Denes, ne postoi somnevawe deka IAA e glavniot auksin {iroko rasprostranet kaj vi{ite rastenija, papratite, movovite i algite.

Sli~nosta vo strukturata pome|u IAA i aminokiselinata triptofan bila osnova na pretpostavkata deka triptofanot e prekursor vo sintezata na IAA (Sembdner i sor., 1980). Ako triptofanot obeleàn so pomo{ na radioaktivni izotopi se dodade na mladite rastenija ili na ise~oci od rastenieto, toga{ vo niv se pojavuva obeleàna IAA. Isto taka, bile otkrieni i nekoi enzimi koi moàt da go konvertiraat triptofanot vo IAA. Me|utoa, podocna bilo utvrdeno deka postojat pove}e razli~ni pati{ta na biosinteza na IAA. Denes e poznato deka kaj vi{ite rastenijata postojat tri na~ini na sinteza na IAA od triptofanot, a eden na~in na sinteza kaj bakteriite. Me|utoa, kaj rastenijata postoi u{te eden poseben pat na biosinteza na IAA koj go zaobikoluva triptofanot i koj ukaùva deka triptofanot i IAA poteknuvaat od zaedni~ki prekursor.

Triptofanot se konvertira vo IAA preku indol-3-pirogrozdovata kiselina (IPA), triptaminot (TAM) ili indol-3-acetonitril (IAN) (Sl.12.2). Prviot pat na sinteza na IAA zapo~nuva so aktivirawe na enzimot aminotransferaza koj vr{i oksidativna dezaminacija na triptofanot pri {to se dobiva IPA. Ovoj enzim ne e specifi~en, bidej}i vr{i dezaminacija i kaj fenilalaninot i tirozinot. Potoa, doa|a do dekarboksilacija i se dobiva se indol-3-acetaldehid. Vtoriot pat na biosinteza zapo~nuva so dekarboksilacija na triptofanot, pri {to se dobiva triptamin (TAM) koj se dezaminira vo indol-3-acetaldehid. Vo tretiot pat na sinteza se dobiva indol-3-acetaldoksim koj preminuva vo indol-3-acetonitril. Oksidacijata na indol-3-acetaldehidot ja vr{i enzimot NAD-dehidrogenaza i

pritoa se dobiva IAA. Indol-3-acetonitrilot pod dejstvo na nitrilaza direktno preminuva vo IAA (Bartel, 1997). Va`no e da se napomene deka kaj nekoi rastenija kon ovie procesi se nadovrzuvaat sporedni reakcii. Taka na pr., del od IPA reverzibilno se oksidira vo indol-3-mle~na kiselina. Kaj drugi rastenija, pak,


287

indol-3-acetaldehidot se reducira vo indol-3-etanol (triptofol) {to pretstavuva reverzibilna reakcija.

Sl. 12.2 Biosinteza na indol-3-ocetna kiselina (IAA) od triptofan. L-triptofanot se konvertira vo IAA na tri na~ini: preku triptamin, indol-3-piruvat ili indol-3-acetaldoksim (Buchanan i sor., 2002).

Se smeta deka IPA e naj~estoto intermedierno soedinenie kaj pogolem broj

rastitelni vidovi. Kaj domatot, biosintezata na IAA se vr{i od triptofanot preku IPA i pritoa triptofanot se konvertira vo triptamin vo procesite koi ne vodat do sinteza na IAA (Cooney i Nonhebel, 1991). Triptaminskiot pat e mnogu malku zastapen kaj rastenijata, a metaboli~kiot pat preku IAN (indol-3-acetonitril) e karakteristi~en za pretstavnicite na familijata Brassicaceae.

Kaj rastenijata e poznato deka IAA i nejzinite prekursori (osven triptofanot) se nao|aat vo mnogu mali koli~estva. Pri kvantifikacija se koristat izotopi (15N, 13C ili 2H), koi se vgraduvaat vo prekursorite, a potoa proizvodite na sintezata se analiziraat so pomo{ na masena spektrometrija. Kaj rastenijata, aminokiselinata


288

triptofan se dobiva od {ikiminskata kiselina preku antranilatot. Pogolemata koncetracija na izotopot vo IAA uka`uva deka triptofanot ne e edinstveniot prekursor ili voop{to ne u~estvuva vo negovata biosinteza (Sl. 12.3).

12.3 Biozinteza na indol-3-ocetnata kiselina nezavisno od triptofanot (Buchanan i sor., 2002).


289

Sintezata na IAA od triptofanot bila dokaàna kaj seme od grav (Phaseolus vulgaris). Kaj iz’rteno seme od grav, koli~estvoto na IAA se zgolemuvalo po~nuvaj}i od tretiot den i taa ne poteknuvala od rezervite na semeto, tuku se sozdavala de novo. So pomo{ na obeleàni izotopi bilo potvrdeno deka IAA poteknuva od triptofanot (Bialek i sor., 1992).

Biosintetskiot pat na IAA koj e nezavisen od triptofanot bil dokaàn kaj vodenoto rastenie (Lemna gibba), (Baldi i sor., 1991). Tie vo svoite eksperimenti koristele 15N-triptofan inkorporiran vo 98% od rastenijata, no sepak ekstrahiranata IAA od istite rastenija re~isi i voop{to ne poseduvala 15N.

Kaj auksotrofnite mutanti (auksotrofijata e poseben vid na avtotrofija vo koja mutiraniot organizam ne e vo sostojba da proizvede odreden metabolit) od p~enka i Arabidopsis bilo pokaàno deka se defektni genite {to ja kodiraat aktivnosta na triptofan sintazata, enzim koj vr{i kondenzacija na indolot i serinot vo triptofan. Kaj ovie mutanti, 15N-antranilatot ne se vgraduva vo triptofan, tuku vo IAA. Toa zna~i deka patot na sintezata na IAA se odvojuva eden stepen pred sintezata na triptofanot. Normanly i sor., (1993) vo eksperimentite so auksotrofniot mutant na Arabidopsis thaliana potvrdile deka IAA se dobiva od antranilat, no ne od triptofan, tuku od indol-3-glicerol fosfat i indolot (Sl. 12.3). Sepak, kaj eden ist rastitelen vid moè da se odvivaat dvata na~ini na sinteza na IAA, {to pokaùva deka nezavisniot pat na sinteza na IAA od triptofanot e karakteristi~en za posebni stadiumi od embriogenezata i pri ’rtewe na semiwata. 12.2.1.1 Sinteza na IAA kaj bakteriite

Kaj bakteriite ne e pokaàno deka IAA ima nekoja funkcija vo nivnoto rastewe, iako mnogu od niv go sintetiziraat ovoj auksin. Tie proizveduvaat i izla~uvaat IAA, a so toa imaat vlijanie i vrz vi{ite rastenija so koi ìveat vo razli~ni asocijacii. Prekursor vo sintezata na IAA kaj bakteriite e triptofanot, ~ij pat na sinteza e razli~en od patot kaj vi{ite rastenija. Kaj bakterijata Pseudomonas savastanoi, triptofanot oksidativno preminuva vo indol-3-acetamid so pomo{ na triptofan monooksigenaza, a so negova hidroliza se dobiva IAA (Sl. 12.4 i 12.5). Ovoj proces se pojavuva i vo tumorite na vi{ite rastenija inducirani od bakterijata Agrobacterium tumefaciens. 12.2.2 Kowugirani auksini

Kaj rastenijata, osven slobodni indolni soedinenija se nao|aat i golem broj na kompleksi vo koi IAA e kovalentno vrzana za drugi soedinenija (Sl. 12.4). Vo formiraweto na ovaa vrska sekoga{ u~estvuva karboksilnata grupa na strani~niot sinxir za koj se vrzuvaat razli~ni jaglehidrati, aminokiselini i pomali peptidi. Isto taka, IAA formira kowugati i so eden glukoprotein, kako i so glukanot. Kowugatite na IAA vo pogolemi koli~estva se sozdavaat vo semiwata i poradi toa zrnoto od p~enka e koristeno kako model-sistem za ovoj proces (Jensen i Bandurski, 1994). Prv ~ekor vo formiraweto na kowugati so {e}erite (glukozilnite estri) e reakcijata so uridin-difosfo-glukoza (UDPG) i pritoa se formira ester 1-0-β-D-indol-3-acetil glukoza (IAGlu). Potoa, glukozata se zamenuva so myo-inozitol, pri {to se dobiva IAA-myo-inozitol. Ako so glukozidna vrska za inozitolatot se vrzat drugi {e}eri (galaktoza ili arabinoza), toga{ se formira IAA-myo-inozitol galaktozid, odnosno arabinozid.


290

Sl. 12.4 Biosinteza na indol-3-ocetna kiselina kaj bakteriite (Buchanan i sor., 2002).

IAA formira peptidni vrski i so nekoi aminokiselini, pri {to moè da se

dobie indol-3-acetil asparaginskata kiselina (IAA-Asp), koja vsu{nost e prvata dokaàna kowugirana forma na hormonite kaj rastenijata. Odredeno koli~estvo od ovaa supstancija se nao|a kaj rastenijata i nejzinoto koli~estvo zna~ajno se zgolemuva po dodavaweto na IAA, {to ja potvrduva nejzinata uloga vo detoksikaciskite procesi. Sli~en kompleks postoi i pome|u glutaminot i IAA, dodeka vo semeto na gravot e otkrieno prisustvoto na IAA vrzana za eden pomal peptid.

Kaj familijata Brassicaceae postojat karakteristi~ni kowugirani formi na IAA. Tie go koristat triptofanot za sinteza na indol-3-acetaldoksim, koj e prekursor na glukozinolatite. Glukozidite glukobrasicin i neoglukobrasicin od listot na zelkata sodràt sulfur i pri povreda na listovite brzo se raspa|aat pod dejstvo na enzimot mirozinaza. Pri nivnoto razgraduvawe se dobiva indol-3-

acetonitril, koj pod dejstvo na enzimot nitrilaza preminuva vo IAA. Va`no e da se naglasi deka iako postoi kowugirana forma na IAA, samo

slobodnata IAA e edinstveno aktivna i pokraj toa {to se nao|a vo mnogu mali


291

koli~estva. Najgolem del od IAA e vrzano so esterski vrski za {e}erite ili so peptidni vrski za aminokiselinite i peptidite. Spored toa, kowugacijata e proces preku koj se regulira koli~estvoto na slobodnata IAA. Kowugatite so {e}erite se biolo{ki aktivni, bidej}i se hidroliziraat i postojano osloboduvaat odredeno koli~estvo IAA, pri {to se odrùva homeostazata na fiziolo{ki aktivnite auksini. Estrite na IAA ne podleàt na oksidativna dekarboksilacija i vsu{nost tie pretstavuvaat edna forma na nejzina za{tita. Mnogu kowugati se prisutni i kako transportna forma na auksinite, osobeno pri transportot od semeto vo stebloto na rastenieto. 12.2.3 Katabolizam na indol-3-ocetnata kiselina

Nivoto na IAA vo rastitelnite tkiva ne zavisi samo od aktivnosta na enzimite {to u~estvuvaat vo nejzinata sintezata, tuku i od procesite {to u~estvuvaat vo nejzinata inaktivacija ili degradacija. IAA se degradira po pat na oksidacija na indolniot prsten i bez da nastane promena na strani~niot sinxir povtorno istiot moè oksidativno da se dekarboksilira (Sl. 12.5). So koristewe na sistem so izolirani enzimi i egzogena IAA bilo utvrdeno deka oksidacijata na indolniot prsten e dominanten proces in vivo, dodeka dekarboksilacijata se odviva i vo in vitro uslovi. Sepak, dvata procesa u~estvuvaat vo katabolizmot na IAA.

So oksidacija na C-2 atomot od indolniot prsten se dobiva 2-oksindol-3-ocetna kiselina koja kaj nekoi rastenija (p~enka) e prisutna vo isto koli~estvo kako i

IAA. Potoa, oksindol-3-ocetnata kiselina u{te edna{ se oksidira na mestoto 7, kade {to so esterska vrska se vrzuva za glukozata. Na vakov na~in, IAA trajno se otstranuva od metabolizmot kako inktiviran auksin. Kaj drugi istraùvani rastenija, prviot ~ekor pri oksidacija na IAA e nejzinoto vrzuvawe za asparaginskata kiselina, a potoa vo toj kompleks se oksidira vo oksindol-3-ocetna kiselina (Tsurumi i Wada, 1990). Kaj domat, ovoj oksidativen kompleks se vrzuva za glukozata i peptidite, pri {to ireverzibilno gi gubi hormonalnite svojstva.

Vtor na~in na degradacija na IAA e preku dekarboksilacija na strani~niot sinxir na ocetnata kiselina. Imeno, ako na rastenieto se dodade 1'-14C-IAA, toga{

radioaktivnosta se javuva vo oslobodeniot 14CO2, pri {to se dokaùva dekarboksilacijata. Poznati proizvodi na dekarboksilacija se indol-3-metanol, indol-3-aldehid, indol-3-karboksilna kiselina i drugi. Enzimite koi u~estvuvaat vo oksidativnata dekarboksilacija na IAA se opfateni so imeto IAA-oksidazi. Ovaa grupa enzimi opfa}a golem broj izoenzimi koi seu{te ne se dobro prou~eni. Eden od ovie izoenzimi e peroksidazata koja vr{i oksidacija vo prisustvo na H2O2

i degradacija na egzogenata IAA. Spored toa, postoi korelacijata pome|u aktivnosta na peroksidazata i koli~estvoto na endogena IAA. Vrz oksidacijata na IAA vo in vitro uslovi vlijaat mnogu supstancii prisutni vo rastenijata. Rastenijata sodràt mnogu fenolni soedinenija, me|u koi se vbrojuvaat i monofenolite (p-kumarinskata kiselina) kako kofaktori ili aktivatori na oksidazata, pri {to go namaluvaat nivoto na auksinite. Me|utoa, nekoi difenoli (kafeinskata kiselina) i polifenolite koi se inhibitori na oksidazata go zgolemuvaat nivoto na auksinot.


292

Sl. 12.5 Alternativni pati{ta na katabolizmot na indol-3-ocetnata kiselina kaj Zea mays i Vicia faba (Buchanan i sor., 2002).

12.2.3.1 Mutanti so promenet metabolizam na IAA

Metabolizmot na IAA e mnogu te{ko da se prou~i poradi malite koncentracii na metabolitite i brzite enzimski promeni. Taka na pr., mutantite koi imaat nekoi o{teteni geni moàt da bidat korisni vo t.n. “genetska disekcija” na procesot, bidej}i preku niv se doa|a do novi soznanija za toa koi geni se neophodni za odvivawe na metaboli~kiot proces. Sepak, dosega ne se pronajdeni mutanti koi se defektni vo biosinteza na IAA, poradi dve pri~ini. Prvata e ako postoi seriozen defekt vo enzimskiot sistem, toga{ nema sinteza na auksinot i takvite mutanti ne bi moèle da rastat. Vtorata pri~ina e postoeweto na pove}e alternativni pati{ta za biosinteza na IAA, koi ovozmoùvaat mutacijata da se kompenzira preku drug pat.

Me|utoa, poznati se mutanti koi sodràt pogolemo koli~estvo IAA vo sporedba so normalnite rastenija. Takov e slu~ajot so eden mutant od Arabidopsis thaliana ~ii homozigotni recesivni formi sodràt pogolema koncentracija na slobodna IAA i na site nejzini kowugati. Ovie mutanti fenotipski izgledaat kako rastenijata koi se tretirani so visoka doza na auksin: kuso steblo, mali listovi i mnogu bujni adventivni koreni. Denes, preku analiza na ovie mutanti se o~ekuva da se objasni regulacijata na biosintezata na IAA kaj normalnite rastenija.


293

12.2.4 Prirodni auksini

Prirodnite auksini glavno se pretstaveni so indolnite soedinenija. Kaj rastenijata, triptofanot kako prekursor na IAA e zastapen vo pogolemo koli~estvo, vo sporedba so IAA. Taka, od vkupniot triptofan vo rastenijata samo 1% se koristi za sinteza na IAA. Osven IAA, drug priroden auksin koj ima golemo zna~ewe za fiziolo{kite reakcii e indol-3-buternata kiselina (IBA) koja se koristi odamna, no, kako sintetski auksin. Kaj rastenijata, IBA se dobiva so konverzija na IAA vo prisustvo na enzimot IBA-sintetaza. Poznato e deka IBA poslabo podleì na degradacija, vo odnos na IAA. Spored toa, IBA ima va`na za{titna funkcija, bidej}i od nea postepeno se dobiva IAA.

Kaj gra{okot i nekoi drugi vidovi od familijata Fabaceae dokaàni se 4-hloro-indolocetna kiselina i 4-Cl-triptofan (Sl. 12.6), koi fiziolo{ki se mnogu aktivni. Tie se mnogu retki prirodni soedinenija {to sodràt hlor. Nekoi rastenija sodràt drugi indolni soedinenija, kako {to se indol-3-propionska, indol-akrilna i indol-glikolna kiselina, koi imaat modifikacii vo strani~niot sinxir. Site ovie soedinenija ja so~inuvaat grupata na indolnite auksini, no sepak ne e dovolno poznata nivnata uloga vo metabolizmot na IAA.

Priroden rastitelen auksin koj nema indolna struktura e fenil-3-ocetnata kiselina, koja se dobiva od fenilalaninot preku niz reakcii analogni na

biosintezata na IAA od triptofanot. Fenil-ocetnata kiselina ima pomala aktivnost od IAA. Taa e mnogu zastapena vo rastitelnite tkiva, no, sepak ne se poznati nejzinite specifi~ni funkcii spored koi se razlikuva od IAA.

Sl. 12.6 Prirodni i sintetski auksini (Buchanan i sor., 2002).

12.2.5 Sintetski auksini

Poznati se golem broj na auksinski analozi koi gi nema vo prirodata, no imaat sli~ni fiziolo{ki funkcii kako auksinite. Sintetskite auksini se podeleni vo nekolku grupi:

Indolnite derivati se nao|aat vo prirodata, no, tie se dobivaat i po sintetski

pat i se koristat vo eksperimentalnata rabota. IAA e priroden auksin, taa se


294

proizveduva i po sintetski pat, kako i indol-3-buternata kiselina (IBA) koja e osobeno efikasna pri oìluvawe na reznici.

Naftalenskite derivati so naftalenski prsten i strani~en sinxir na ocetna kiselina, ~ij pretstavnik e α-naftil-ocetnata kiselina (NAA) se koristat za kontrola na opa|aweto na plodovite.

Naftoksi derivatite so pretstavnikot β-naftoksiocetnata kiselina (NOAA), Fenoksi derivatite, me|u koi se 2,4-dihlorofenoksi ocetnata kiselina (2,4-D)

i 2,4,5-trihlorofenoksi ocetnata kiselina (2,4,5-T), koi imaat herbicidno

dejstvo. Isto taka, vo ovaa grupa se vbrojuva i (p-hlorofenoksi)-izo-buterna kiselina (PCIB), koja dejstvuva kako antagonist na auksinot.

Benzoevite derivati, ~ii poznati pretstavnici se: 2,3,6-trihlorobenzoeva kiselina, 2,3,5-trijodobenzoeva kiselina (TIBA) i 2-metoksi-3,6-dihlorobenzoeva kiselina (dikamba). TIBA e poznata kako inhibitor na polarniot transport na auksinot. Sintetskite auksini dejstvuvaat vrz mnogu fiziolo{ki procesi i ~esto pati

imaat pogolema aktivnost od prirodnite auksini. Ovie soedinenija se odlikuvat so postojanost vo rastitelnite tkiva, bidej}i ne podleàt na enzimska degradacija kako prirodnite auksini (IAA). Poradi toa, sintetskite auksini se koristat za eksperimentalni potrebi vo biotehnologijata i zemjodelskata praktika.

IAA i sintetskite auksini pretstavuvaat razli~ni soedinenija vo odnos na hemiskata struktura, me|utoa od fiziolo{ki aspekt se odlikuvaat so odredena sli~nost. Razli~ni delovi od nivniot molekul moàt da odgovarat na isti receptori, poradi nivnata steri~na konfiguracija. Spored hemiskata struktura, auksinite poseduvaat aromati~en ili heterocikli~en prsten i strani~en kiselinski sinxir. Za nivnata aktivnost potrebno e prstenot da ne bide zasiten i strani~niot sinxir da ima odredena prostorna konfiguracija vo odnos na prstenot. Biolo{ka aktivnost pokaùvaat samo onie auksini so paren broj na jaglerodni atomi vo svojot sinxir. Strani~niot sinxir podlegnuva na β-oksidacija i pri sekoe povtoruvawe na oksidacijata toj se skratuva za dva jaglerodni atomi (acetil-CoA). Ako kako ostatok se sozdade ocetna kiselina, toga{ i po~etnata supstancija e aktivna. Nizovite so neparen broj na jaglerodni atomi kako ostatok imaat propionska kiselina koja ne e aktivna. Auksinite se vrzuvaat za receptori na dve mesta, koi se odlikuvaat so sprotivna naelektriziranost. Pri disocijacija vo uslovi na neutralna pH, strani~niot niz pretstavuva negativno naelektriziran pol, dodeka pak, prstenot pretstavuva pozitivno naelektriziran pol. Taka na pr., kaj indolnite soedinenija, atomot na azot e pozitiven, dodeka kaj 2,4-D se javuva slaba pozitivna naelektriziranost na {estiot atom, bidej}i supstituiranite atomi na hlor na sosednite mesta pove}e gi privlekuvaat elektronite. Za da bide auksinot aktiven, ovie dve mesta treba da se nao|aat na oddale~enost od 0,55 nm. Vsu{nost, golem broj od aktivnite auksini go zadovoluvaat ovoj kriterium, a so toa moè da se objasni i nivnoto fiziolo{ko dejstvo.

Odredeni sintetski supstancii koi imaat strukturna sli~nost so auksinite dejstvuvaat kako antiauksini, namaluvaj}i go nivnoto stimulativno dejstvo vrz izdolùvaweto na kletkite. Takva supstancija e p-hlorofenoksi-izo-buternata

kiselina (PCIB). Pri izdolùvawe na kletkite, antiauksinite dejstvuvaat kako kompetitivni inhibitori. Hipotezata za vrzuvawe na auksinite na dvete aktivni mesta go objasnuva i dejstvoto na antiauksinite, koi go zadovoluvaat samo edniot kriterium za aktivnost. Vsu{nost, tie se vrzuvaat za istiot receptor, no samo na edno mesto i na toj na~in go spre~uvaat vrzuvaweto na auksinite, kako i nivnata aktivnost.


295

12.2.6 Transport na auksinite

Auksinite se razlikuvaat od drugite rastitelni hormoni po nivniot strogo polaren transport vo aksijalnite organi. Vo stebloto, auksinot se transportira bazipetalno, od morfolo{kiot vrv kon osnovata na stebloto. Istoto se slu~uva i vo vrvniot del od korenot, dodeka vo postarite delovi od korenot transportot e akropetalen. Bazipetalniot transport na auksinite vo nekoi fiziolo{ki procesi ima regulatorna funkcija, kako {to se apikalnata dominacija, rizogenezata i tropizmite.

Sl. 12.7 Bazipetalen transport na IAA vo kletkite na zonata na izdolùvawe na stebloto ili koleoptilot. Protonskata ATRaza ja zakiseluva pH na kleto~niot yid. IAA moè da navleze vo kletkata niz plazmalemata vo kotransport so protonite ili pasivno vo forma na neutralen molekul IAA-H. Koga kletkata se nao|a vo jonizirana sostojba, IAA moè da izleze vo uniport so pomo{ na prenesuva~i, koi se nao|aat na bazalnata strana od kletkata. Krajniot rezultat od ovie transportni procesi e bazipetalen transport na IAA niz celiot organ (Buchanan i sor., 2002).

Auksinot kaj koleoptilot na trevite se prenesuva niz parenhimskite kletki, a

vo stebloto na dikotiledonite niz parenhimskite kletki koi se vo blizina na sprovodnite tkiva. Brzinata na prenesuvaweto iznesuva 10-20 mm h-1 i e pogolema od prostata difuzija. Transportot se vr{i sprotivno na gradientot na koncentracija i moè da bide spre~en vo prisustvo na inhibitorite na di{eweto


296

ili od niska temperatura, {to pokaùva deka se raboti za aktiven proces. Me|utoa, auksinot ne minuva niz simplastot, tuku vo sekoja kletka navleguva preku kleto~niot yid i kleto~nata membrana.

Denes, e prifatena hemiosmotskata hipotezata za polarniot transport na auksinite. Spored ovaa hipoteza, kleto~niot yid kako rezultat na aktivnosta na protonskata P-ATPaza ima niska pH, sredina vo koja IAA e nedisocirana. IAA-H e lipofilen molekul koj difundira vo kletkite niz gradientot na koncentracija. Isto taka, postoi i sekundaren aktiven transport preku simporteri koi vnesuvaat 2H+/IAA vo kletkata. Pri pH 7, IAA disocira i anjonot IAA- ve}e ne e vo sostojba slobodno da izleze preku membranata, tuku samo so pomo{ na prenesuva~. Za polarnosta na transportot pridonesuva i lokacijata na prenesuva~ite u~esnici vo efluksot na IAA- . Efluksot na ovie joni moè da bide blokiran od eden inhibitor naftil-ftalami~na kiselina (NPA) koja se vrzuva za proteinite na prenesuva~ite

koi se nao|aat na bazalnata strana na sekoja kletka. Spored toa, IAA-H moè da vleze na bilo koe mesto vo kletkata, no, moè da izleze samo na bazalniot kraj na sekoja kletka. Kletkite vo parenhimot na koleoptilot ili stebloto se postaveni vo nadolèn red i kaj niv transportot celosno e bazipetalen (Sl. 12.7).

Postojat odredeni sintetski soedinenija koi go spre~uvaat polarniot transport na auksinite. Slabiot auksin 2,3,5-trijodbenzoevata kiselina (TIBA) dejstvuva kompetitivno so prenesuva~ite i moè da go zavzeme mestoto na prenesuva~ot, dodeka naftil-ftalmi~na kiselina (NPA) ja blokira aktivnosta na prenesuva~ite vo efluksot na jonite. NPA pripa|a vo grupata na fitotropinite koi se kowugati na benzoevata kiselina so drugi aromati~ni soedinenija. Kaj rastenijata postojat odredeni flavonoidni soedinenija koi dejstvuvaat kako prirodni fitotropini i u~estvuvaat vo reguliraweto na polarniot transport na auksinite. Sepak, polarniot transport e utvrden samo za slobodnata IAA, dodeka kowugiranite formi se transportiraat vo site nasoki. Spored toa, polarniot transport na slobodnata IAA ima primarno fiziolo{ko zna~ewe. 12.2.7 Biolo{ki testovi i glavni funkcii na auksinite

Otkrivaweto na auksinot bilo ovozmoèno so pomo{ na biolo{kiot test (Wentov Avena test) za merewe na negovata aktivnost (Went, 1926). So pomo{ na ovoj

test moè da se izmerat od 0.05 do 0.25 µg·L-1 IAA. Ovoj test ne doìveal {iroka primena poradi potrebata od posebna komora za odgleduvawe na rastenijata, kako i poradi negovata specifi~nost koja ne dozvoluva pogolema aktivnost vo tekot na denot. Koleoptil testovite naj~esto se koristeni testovi za aktivnosta na auksinite. Kaj ovie testovi se koristat ise~oci od koleoptili od oves ili p~enica, koi se dolgi 3-5 mm, a se se~at 3 mm pod vrvot. Na istiot na~in se koristat i otse~oci od prvata internodija na oves (mezokotil-test), koja leì

2 mm pod nodijata (nodiusot). Ovoj test ovozmoùva merewe na golem broj primeroci odedna{ i ima ~uvstvitelnost od 0.001 do 1.0 µg·L-1 IAA. Koleoptil i mezokotil testovite se koristat za ispituvawe na aktivnosta na auksinite vo ekstrakti dobieni od rastenija vo koi oddelni supstancii se razdvoeni so pomo{ na nekoja hromatografska postapka. Testot so rase~eni stebla od gra{ok se bazira na otsekuvawe na tretata internodija na etiolirano seme (nadol`no rase~eno). Auksinot go stimulira rasteweto na epidermalnite kletkite, taka {to rase~enite polovini se svitkuvaat kon vnatre{nata strana. Ovoj test osobeno bil primenuvan za ispituvawe na aktivnosta na sintetskite auksini.

Auksinite glavno dejstvuvaat vrz izdlùvaweto na kletkite od stebloto i koleoptilite, kako i vrz fototropskata i geotropskata reakcija na rastenijata. Tie imaat mnogu va`na uloga pri delba na kletkite, stimuliraat indukcija na


297

adventivni koreni, kako i kambijalna aktivnost vo stebloto i korenot. Auksinite se glavni faktori vo korelativnata inhibicija na pupkite vo miruvawe. Ovie hormoni imaat vlijanie vo re~isi site procesi na razvitokot na rastenijata i tie pretstavuvaat va`ni faktori vo sloèniot hormonalen kompleks koj gi regulira ovie procesi. Sinergizmot, antagonizmot, kako i drugite interakcii ne se karakteristi~ni samo za auksinite, tuku i za drugite hormoni koi zavisat od tipot na kletkite i od nivniot razvoen stadium.

12.3 Giberelini

Giberelinite se otkrieni kako proizvodi na gabata Gibberella, po koja i go dobile imeto. Podocna, bilo otkrieno deka tie se nao|aat i vo site niì i vi{i rastenija. Vo ovaa grupa hormoni spa|aat 126 soedinenija, koi vo svojata struktura imaat gibonski prsten (Sl. 12.18). Za site giberelini se upotrebuvaat oznakite GA (=gibberellic acid, giberelna kiselina) so reden broj GA1-GAn. Me|utoa, terminot giberelna kiselina (giberelinska kiselina) se upotrebuva samo za GA3. Giberelinite u~estvuvaat vo site procesi od razvitokot na rastenieto kako vaèn faktor vo kompleksot na hormonite. Tie vlijaat vrz izdolùvaweto na stebloto kaj rastenijata so nizok rast, koi nastanale kako rezultat na mutacija vo tekot na oddelnite fazi od razvitokot ili poradi nekoi nadvore{ni faktori. Isto taka, giberelinite imaat specifi~no vlijanie vrz sintezata na enzimite koi go hidroliziraat rezervniot skrob pri ’rtewe na semeto od ìtnite rastenija.

Prvite istraùva~i na giberelinite bile japonski fitopatolozi, koi prou~uvale parazitska gaba {to predizvikuvala golema {teta na plantaìte od oriz. Taa gaba pripa|a na klasata Ascomycetes, ~ij konidijalen stadium e Fusarium moniliforme, a polov Gibberella fujikuroi. Vsu{nost, orizovite rastenija zarazeni so ovaa gaba imale izdolèni internodii, listovi so bledo zelena boja i tenko steblo, slabo razvieni mehani~ki elementi i lesno polegnuvale bidej}i ne bile vo sostojba da ja izdràt teìnata na plodot. Lokalnoto ime na ovaa bolest e “bakanae” {to vo prevod zna~i “ludi rastenija”.

Kurosawa (1926) ja odgleduval gabata Gibberella fujikuroi vo kultura i pokaàl deka rastvorot vo koj gabite rastele sodrèl soedinenija koi kaj orizot predizvikuvale isti simptomi kako i pri infekcija. Yabuta i Sumiki (1938) izolirale kristalna supstancija od sli~en rastvor i ja narekol giberelin A. Me|utoa, site ovie rezultati na japonskite nau~nici ostanale nepoznati poradi Vtorata svetska vojna. Kon sredinata na pedesetite godini za rezultatite na japonskite nau~nici se zainteresirale dve istraùva~ki grupi od Anglija i SAD. Angliskata grupa od filtratot na gabite izolirala supstancija nare~ena giberelna kiselina. Istovremeno, vo Japonija bila analizirana izoliranata kristalna supstancija i bilo utvrdeno deka taa se sostoi od tri soedinenija nare~eni giberelin A1, A2 i A3. Isto taka, bilo dokaàno deka giberelinot A3 (GA3) i giberelnata kiselina pretstavuvaat edno isto soedinenie i poradi toa bile zadràni dvete imiwa. Podocna, otkrienite giberelini dobivale samo nov reden broj soodvetno na redosledot na nivnoto otkrivawe. Nabrgu bilo potvrdeno deka i ekstraktite na vi{ite rastenija sodràt supstancii so giberelinsko dejstvo, a vo 1958 godina vo ekstraktot od nezrelo seme na grav (Phaseolus coccineus) bila identifikuvana GA1. Spored toa, giberelinite dobile status na posebna grupa rastitelni hormoni. Vo tekot na izminatiot period, brojot na identificiranite giberelini postojano se zgolemuval i tie se izolirani od mnogu bakterii, kafeavi i zeleni algi, kako i od golosemenite i skrienosemenite rastenija. Osven kaj gabata Gibberella, giberelinite se pronajdeni samo u{te kaj dva vida gabi Sphaceloma manihoticola i Phaeosphaeria.


298

Sl. 12.8 Op{ti formuli na giberelini so 20 S-atomi (C20-GA) i 19 S-atomi (C19-GA). Aktivni giberelini se GA1, GA3 i GA4, a neaktiven giberelin e GA8 (Buchanan i sor., 2002).

12.3.1 Biosinteza i metabolizam na giberelinite

Kaj rastenijata, giberelinite se sozdavaat vo tkivata koi aktivno rastat, kako {to se apikalnite delovi na stebloto, mladite listovi, korenite, nezreloto seme i plodovite. Semeto, osobeno endospermot kaj mnogu rastitelni vidovi e aktivno mesto na sinteza na giberelinite. Od mestoto na sinteza, giberelinite se transportiraat vo site nasoki niz rastenieto, od korenot preku transpiracioniot tek i od apikalnite delovi preku floemskite elementi.

Vo odnos na hemiskata struktura giberelinite se diterpenoidi so 19 ili 20 jaglerodni atomi, koi gradat tetracikli~en skelet od dva {est~leni i dva pet~leni prsteni, a nekoi od niv imaat i dodaten laktonski prsten (Sl. 12.9). Giberelinite se razlikuvaat spored nekolku karakteristiki: stepenot na nezasitenost na prstenot A, brojot i polo`bata na OH i COOH grupite, kako i prisustvoto ili otsustvoto na laktonskiot prsten. Novite istra`uvawa poka`uvaat deka se identifikuvani 136 giberelini (Nakayama i sor., 2001).


299

Sl. 12.9 Hemiska struktura na giberelinite so 20 i 19 S atomi (Buchanan i sor., 2002).

Terpenoidnite soedinenija vklu~uvaj}i gi i giberelinite se dobivaat so kondenzacija na izoprenoidnite edinici koi se izgradeni od 5 jaglerodni atomi. Izoprenoidnite edinici, odnosno izopentenil pirofosfatot (IPP) se sozdava vo proplastidite od piruvatot i gliceraldehid-3-fosfatot. So sukcesivna

kondenzacija na ~etiri izoprenoidni edinici se formira geranilgeranil-pirofosfat (GGPP), od kogo se razgranuvaat biosintetskite pati{ta na razli~ni soedinenija. Sepak, patot na sinteza na giberelinite se odvojuva od drugite terpenoidi vo edna dvostepena reakcija na ciklizacija na GGPP, pri {to se dobiva ent-kopalil-PP. Toj se oksidira vo ent-kauren, koj e prv stabilen i specifi~en prekursor na giberelinite (Sl. 12.10). Celiot proces se vr{i so pomo{ na dva enzima ent-kopalil-PP ciklaza i ent-kauren sintaza, koi te{ko se odvojuvaat eden od drug. Site procesi do ovoj stepen se odvivaat vo proplastidite, no ne i vo zrelite hloroplasti.

Vtoriot del od biosintezata na giberelinite se sostoi od nekolku oksidativni reakcii na ent-kaurenot (Sl. 12.11), koj izleguva od plastidite vo citoplazmata. Od nego se dobiva alkohol ent-kaurenol, a potoa aldehidot ent-kaurenal i kiselinite

ent-kaurenoi~na i ent-hidroksi-kaurenoi~na kiselina. Ovie reakcii se katalizirani od kompleks na monooksigenazi koj go sodr`i citohrom P-450, a se nao|aat vrzani za membranata od endoplazmati~niot retikulum vo mikrozomalnata reakcija na citosolot. Kofaktor na ovaa familija enzimi e NADPH. Od hidroksikaurenoi~nata kiselina so kontrakcija na prstenot B se dobiva GA12-

aldehid (Sl. 12.12). Vo biosintezata na giberelinite, ova soedinenie e prvo so giberelinska struktura i od nego se dobivaat site drugi giberelini.


300

Sl. 12.10 Biosinteza na giberelini od izopentenil pirofosfat (IPP), (Buchanan i sor., 2002).

Sl. 12.11 Biosinteza na ent-kauren (Buchanan i sor., 2002).

Sintezata na 136 razli~ni giberelini od eden prekursor e mnogu slo`en proces i toj mo`e da se pretstavi edinstveno ako se znaat negovite osnovni nasoki.


301

Sl. 12.12 Reakcii pri dobivawe na GA12-aldehid (Buchanan i sor., 2002).

Vo ranata faza na sinteza na giberelinite, od GA12-aldehidot se razgranuvaat

tri glavni pati{ta (Sl. 12.13), a podocna se pojavuva u{te eden. Klu~nite razliki pome|u ovie metaboli~ki pati{ta se sostojat vo mestoto na hidroksilacija (Sponsel, 1995). Prviot na~in e karakteristi~en po toa {to giberelinite ne se hidroksilirani, a zapo~nuva so oksidacija na GA12-aldehidot vo soodvetna GA12 kiselina, od koja se dobivaat u{te dva giberelina i na kraj GA9. Vo vtoriot pat, GA12-aldehidot se hidroksilira na 3β-jaglerodniot atom i se dobiva GA14-aldehid i 3β-hidroksiliran aldehid, a na kraj GA4. Tretiot pat zapo~nuva so hidroksilacija na GA12-aldehidot na 13-C atom, pri {to se dobiva GA5-aldehid, a na kraj GA20. Ovoj giberelin podlegnuva na dopolnitelna hidroksilacija na 3β-S atomot, pri {to se dobiva dva pati hidroksiliran GA1. GA20 pod dejstvo na dehidrataza preminuva vo GA5, od koj so dopolnitelna 3β-S hidroksilacija se dobiva GA3. Spored jaglerodnite atomi za koi se vrzale OH grupite, giberelinite mo`at da se podelat na nekolku grupi koi se hidroksilirani na: - 3β-C atom, - 13-C atom, - 3β i na 13-C atom istovremeno, - onie koi nemaat OH grupa nitu na eden od ovie dva jaglerodni atomi.

Nezavisno od hidroksilacijata, vo site nizi na giberelinite paralelno se slu~uvaat va`ni strukturni promeni. Imeno, od prvobitnite aldehidi (I stepen) se sozdavaat soodvetni dikarboksilni kiselini (II stepen). Potoa, na C-20 atom so tri ~ekori se gradi u{te edna karboksilna grupa (stepen III i IV), taka {to se dobivaat giberelini so tri COOH grupi (stepen V). Alternativno, na C-20 atomot se vr{i dekarboksilacija, odnosno odvojuvawe na karboksilnata grupa vo vid na CO2, pri {to se dobivaat giberelinite so 19 jaglerodni atomi. Isto taka, edna preostana COOH grupa formira laktonski prsten (stepen VI). Ovoj ~ekor e mnogu va`en, bidej}i vo nego od neaktivnite prekursori so 20 jaglerodni atomi i laktonskiot prsten se dobivaat giberelini so 19 jaglerodni atomi i laktonski


302

prsten, koi se edinstveno fiziolo{ki aktivni. Posledniot ~ekor (Sl. 12.13), hidroksilacijata na C-2 jaglerodniot atom ja ozna~uva inaktivacijata na giberelinite.

Sl. 12.13 Biosinteza na giberelini kaj razli~ni rastitelni vidovi (Buchanan i sor., 2002).

Poznato e deka, re~isi sekoj giberelin mo`e da se dobie na pove}e na~ini,

bidej}i razli~ni rastenija koristat razli~ni pati{ta na sinteza na giberelinite. Poradi interkonverzijata na giberelinite, kako i na dopolnitelnite supstitucii na razli~nite mesta, vo rastitelniot svet do denes e doka`ano prisustvo na 136 razli~ni giberelini (Nakayama i sor., 2001). Va`no e da se napomene deka biolo{ka aktivnost poseduvaat samo giberelinite so 19-C atomi. Osven toa, site aktivni giberelini imaat laktonski prsten i OH grupa na


303

3β-C atomot. Poslednite stepeni od biosintezata na giberelinite se sostojat vo 3β hidroksilacijata. Takvi se reakciite GA20→GA1, GA5→GA3 i GA9→GA4. 12.3.2 Razliki vo biosintezata na giberelinite pome|u oddelni vidovi rastenija

Po~etnite fazi vo biosintezata na giberelinite se isti kaj gabata G. fujikuroi i kaj vi{ite rastenija, no kaj rastenijata postojat razliki vo podocnite reakcii na biosintetskiot pat, kako i vo kone~niot sostav na giberelinskiot kompleks. Kaj gabite, GA3 e glavniot giberelin, dodeka rastenijata sodràt golem broj razli~ni giberelini. Isto taka, sodrìnata na giberelinite e razli~na vo razli~ni organi. Taka na pr., giberelinite vo semeto se zastapeni vo mikrogramski koli~estva, dodeka vo vegetativnite organi gi ima vo nanogrami. Od dosega poznatite giberelini, samo mal broj se fiziolo{ki aktivni. Vsu{nost, fiziolo{ki aktivni giberelini se GA1, GA3 i najverojatno GA4. Mnogu giberelini {to ne se aktivni, rastenieto moè da gi konvertira vo aktivna forma. Ova se odnesuva na site giberelini koi se nao|aat na patot na biosintezata od GA12 do aktiven giberelin. Aktivnite giberelini mora da imaat 19 C-atomi, hidroksilna grupa vo 3β polo`bata i laktonski prsten. Patot na biosintezata na giberelinite celosno e dokaàn samo vo vegetativnite organi kaj p~enkata (Kobayashi i sor., 1996). 12.3.2.1 Katabolizam na giberelinite

Katabolizot na giberelinite glavno se sostoi vo natamo{ni reakcii na hidroksilacija (VII stepen). Hidroksilacijata se javuva na C-2β atomot koja sekoga{ e povrzana so gubewe na aktivnosta. Najpoznat e primerot so GA1, koj pri C-2β hidroksilacija preminuva vo GA8, a so toa go gubi svoeto fiziolo{ko dejstvo (Sl. 12.13). Ako GA1 e glaven aktiven giberelin, toga{ sintezata na GA8 najverojatno e pat preku koj se inaktivira GA1, a toa ima golemo zna~ewe vo regulirawe na procesite vo koi u~estvuvaat giberelinite. 12.3.2.2 Enzimi i metabolizam na giberelinite

Transformacijata na giberelinite ja vr{at enzimi od grupata oksigenazi, koi go kataliziraat vgraduvaweto na kislorodot vo razli~ni organski soedinenija, a kako kofaktor koristat ne-hemsko èlezo (Prescott i John, 1996). Ovie enzimi imaat golemo zna~ewe i vo sekundarniot metabolizam. Me|u niv se monooksigenazite, koi vgraduvaat samo eden atom na kislorod, a drugiot go reduciraat vo voda. Vtorata grupa ja so~inuvaat dioksogenazite, za ~ija aktivnost e neophodno

prisustvo na edna okso-kiselina, naj~esto α-ketoglutarat. Ovie enzimi gi vgraduvaat dvata atomi na O2, edniot vo specifi~niot supstrat, a drugiot vo α-ketoglutaratot. Edna dioksigenaza ja oksidira aldehidnata grupa na 7 jagleroden atom vo karboksilna grupa, koja e karakteristi~na za site giberelini. Druga dioksigenaza postepeno go oksidira C-20 atomot, koj se gubi vo tekot na dekarboksilacijata pri sintezata na giberelinite so 19-C atomi. Vo grupata na dioksigenazi pripa|aat 3β-, 13- i 2β-hidroksilazite. Dioksigenazite ne se strogo specifi~ni za eden supstrat. Taka na pr., edna 3β-hidroksilaza oksidira pove}e supstrati na 3β pozicijata, nezavisno od stepenot na nivnata oksidacija na C-7 ili C-20 atomot. Denes, klonirani se pove}e od 20 geni od razli~ni rastitelni vidovi, koi ja kodiraat kopalil i kauren sintazata, kako i pove}e mono i dioksigenazi (Lange, 1998). Golem broj od ovie geni pripa|aat na multigenski familii, taka {to


304

eden ist enzim moè da bide razli~no reguliran vo razli~ni fazi od razvitokot, kako i sintetiziran vo razli~ni organi. Ispituvanite geni i enzimi se klu~ni faktori vo sintezata na aktivnite giberelini, kako i vo nivnata inaktivacija. Poradi toa, prou~uvaweto na faktorite koi ja kontroliraat aktivnosta na ovie geni imaat posebno zna~ewe vo reguliraweto na aktivnosta na giberelinite. 12.3.2.3 Kowugirani giberelini

Giberelinite postojat vo slobodna i kowugirana forma. Site giberelini sodràt barem edna, a mnogu od niv dve ili tri karboksilni grupi. Isto taka, poseduvaat i odreden broj hidroksilni grupi, koi gradat vrski so razni drugi soedinenija so mala molekulska masa. Endogenite giberelini se vrzani za glukopiranozata kako O-glukozidi preku OH grupata ili kako glukozilni estri

preku COOH grupata. Brojot na mo`ni kowugati na giberelinite so glukozata zavisi od brojot na grupite za koi moè da se povrze glukozata. Kowugatite na giberelinite pretstavuvaat reverzni formi koi nemaat biolo{ka aktivnost, osven ako gi hidrolizira rastenieto. Tie se formiraat vo semeto, a se osloboduvaat so enzimska hidroliza pri ’rtewe na semeto (Sembdner i sor., 1994). 12.3.4 Giberelinski biosintetski mutanti

Vo otkrivaweto i prou~uvaweto na giberelinite, golemo zna~ewe imale mutantite na gra{ok, p~enka, Arabidopsis, kako i drugi rastitelni vidovi (Ross i sor, 2000). Kaj mutantite od gra{ok, mutacijata bila rezultat na o{tetuvawe na strukturnite geni za aktivnosta na enzimi koi kataliziraat oddelni stepeni od sintezata na giberelinite i toa od ent-kaurenot do GA1 ili do nekoj drug aktiven giberelin. Mutacite bile monogenetski, bidej}i se odnesuvale samo na eden strukturen gen i kako rezultat na toa mutantite ne proizveduvale samo eden od enzimite koi u~estvuvaat vo sintezata na giberelinite. Mutantite bile nealelni i obi~no recesivni. Vsu{nost, sekoj mutant imal o{tetuvawe na razli~en alel i mutacijata se manifestirala samo kaj homozigotnite recesivni edinki. Biosintezata na giberelinite kaj mutantite bila prekinata, odnosno rastenijata ne proizveduvale biolo{ki aktivni giberelini i poradi toa imale xuxest rast. Vo odnos na site drugi karakteristiki, mutantite celosno se genetski identi~ni (izogeni), kako pome|u sebe, taka i vo odnos na kontrolnite rastenija. Ako na mutantite egzogeno se aplicira giberelin, koj tie ne se vo sostojba da go sintetiziraat, toga{ rastot se koregira i rastenijata dostignuvaat visina kako kontrolata.

Dosega se otkrieni mutacii na site klu~ni mesta vo biosintezata na giberelinite. Kaj golem broj mutanti se blokirani po~etnite enzimi, kako {to se kapalil sintaza i kauren sintaza, koi dejstvuvaat pred sintezata na GA12-aldehidot. Ovie mutanti voop{to ne proizveduvaat supstancii so giberelinski prsten. Kaj gra{okot, toa e mutantot ls, a kaj p~enkata an1. Genot koj e odgovoren za ovaa mutacija kaj Arabidopsis thaliana e ozna~en kako GA1, bidej}i e prv izoliran giberelinski gen i negoviot proizvod ima aktivnost vrz kopalil sintazata. Mutantot kaj p~enka poznat kako d5 (= dwarf, xuxe) ima o{teten gen za kauren sintaza. Mutantot e mnogu nizok, bidej}i ne e vo mo`nost da proizvede ent-kauren i poradi toa ne sodrì nitu eden giberelin. Kaj gra{okot e poznat mutantot nana, koj ne vr{i C-13 hidroksilacija. Ovoj mutant ima mnogu nizok rast od nekolku milimetri, no, sepak razviva listovi, cvetovi i plodovi.

Mutantite reagiraat na egzogenite giberelini koi se nao|aat na patot pome|u GA12-aldehidot i GA1, bidej}i rastenieto gi transformira vo ovoj aktiven


305

giberelin. Ovie svojstva kaj p~enkata gi poseduva mutantot d3 kaj kogo GA12-aldehidot ne moè da premine vo GA53-aldehid. Proteinot D3, koj e proizvod na D3 genot e sli~en na citohromot P-450.

Kaj drugi mutanti na gra{okot, o{tetuvawata se nao|aat na drugi mesta. Taka na pr., izolirani se mutanti koi ne vr{at oksidacija na C-20 atomot, bidej}i kaj niv e o{tetena dioksigenazata i poradi toa nedostasuvaat giberelinite so 19-C atomi. Takov e slu~ajot i so mutantot ga5 kaj Arabidopsis. Edna mutantna linija na gra{ok, ozna~ena kako le mutant e malku povisoka od nana mutantot. Le genot vo dominantna forma proizveduva enzim koj vr{i 3β-hidroksilacija na GA20 vo GA1. Za rastenijata da imaat normalen rast, neophodno e da gi poseduvaat dvata geni Na i Le vo dominantna forma. Rastenijata so kombinacija Na le gi sodràt site giberilini od GA12 do GA20. Na le mutantite imaat nizok rast, bidej}i GA20 e aktiven samo ako se pretvori vo GA1. Vsu{nost, ovoj mutant ne e celosno stabilen, bidej}i se sozdava malo koli~estvo na GA1 i e povisok od nana mutantot. Na le mutantot ne reagira na dodavaweto na nitu eden prekursor, nitu na GA20 i ja dostignuva visinata na kontrolnite rastenija samo ako mu se dodade GA1. Transformacijata na GA20 vo GA1 se slu~uva samo vo najmladata internodija vo uslovi na temno, dodeka pri svetlina transformacijata se inhibira i osvetlenite rastenija se poniski.

Kaj mutantite koi imaat blokirana 2β-hidroksilacija, aktivnite giberelini ili nivnite prekursori ne moàt da se transformiraat vo neaktivni formi, kako na pr., GA1→GA3 ili GA20→GA29 i na toj na~in e spre~ena inaktivacijata na giberelinite. Ovaa pojava e zabeleàna kaj mutantnata linija na gra{okot ozna~ena kako slender, koj ima mnogu izdolèno steblo, no, gi poseduva i site drugi osobini sli~ni na rastenijata tretirani so pogolemi dozi na giberelin.

Kaj mutantite bilo konstatirano deka postoi dobra korelacija pome|u koli~estvoto na aktivnite giberelini vo rastenieto i morfogenetskite reakcii, kako {to e visinata na stebloto. Va`no e da se napomene deka giberelinite ja reguliraat sopstvenata biosinteza. Taka na pr., eden mnogu aktiven derivat GA4 (2,2-dimetil GA4) ja reducira ekspresijata na genite i sintezata na enzimite koi vr{at oksidacija na C-20 giberelinite vo C-19 giberelini, kako i 3β-hidroksilacijata (Martin i sor., 1996). Vsu{nost, pojavata na povratna inhibicija {to bila otkriena kaj gra{okot pretstavuva eden od va`nite aspekti za kontrola na metabolizmot na giberelinite. 12.3.5 Inhibicija na biosintazata na giberelinite

Reguliraweto na sintezata na giberelinite se vr{i na po~etokot od biosintetskiot pat, kako i vo reakcijata kade {to ovoj metaboli~ki pat se odvojuva od sintezata na drugite terpenoidi. Taka na pr., koga se vr{i sinteza na kaurenot, nekoi kvaternerni amoniumovi soedinenija go inhibiraat ovoj proces. Takvi poznati retardanti se: AMO 1618, hlorholinhlorid (CCC) i fosfon D. Tie ja spre~uvaat aktivnosta na kauren sintazata i rastenijata tretirani so ovie retardanti ne sodràt endogeni giberelini. Me|utoa, so dodavawe na giberelini se poni{tuva dejstvoto na retardantite. Za prakti~ni celi, retardantite se dodavaat koga e potrebno da se zabavi rasteweto. Drugi inhibitori, kako {to se paklobutrazol, unikonazol i tetciklacis go inhibiraat dejstvoto na monooksigenazite, koi gi kataliziraat reakciite od kauren do GA12-aldehid. Ovie inhibitori se dodavaat kaj rastenijata za da se spre~at procesite koi zavisat od giberelinite. Inhibitorot BX-112 ja spre~uva konverzijata na GA20 vo GA1.


306

12.3.6 Biolo{ki testovi i glavna funkcija na giberelinite

Dosega{nite istraùvawa pokaùvaat deka samo mal broj giberelini se biolo{ki aktivni. Biolo{kite testovi se ~uvstvitelni i specifi~ni za mali koli~estva na hormoni. Vo testovite vo koi se meri izdolùvaweto na otse~okot i koleoptilot na oves, giberelinite imaat odreden efekt koj te{ko se razlikuva od endogenite auksini. Testovite za merewe na giberelinskata aktivnost se baziraat na merewe na izdolùvaweto na stebloto kaj intaktnite rastenija. Poradi toa {to i drugi hormoni dejstvuvaat na izdolùvaweto na stebloto, giberelinskite mutanti koi ne moàt da gi sintetiziraat aktivnite giberelini pretstavuvaat nezamenlivi specifi~ni objekti.

Sl. 12.14 Biolo{ki test so niska sorta gra{ok koj reagira na dodavawe na giberelini.

Mutantite koi se koristat za merewe na giberelinskata aktivnost se

izolirani od populaciite na p~enka, gra{ok i oriz. Izdolùvaweto na stebloto kaj mutantite e pravoproporcionalno na logaritmot od koncetracijata na giberelinite (Sl. 12.14). Giberelinite se dodavaat vo koncentracii od 1 ng do 10 µg GA3, naj~esto vo forma na kapki od 5-10 µL. Rastenijata koi rastat na temno se izdolèni i slabo reagiraat na egzogenite giberelini, dodeka na svetlina imaat kuso steblo koe se izdolùva pri dodavawe na giberelinite.

Vtor test specifi~en za giberelinite e testot {to se bazira na sposobnosta na giberelinite da induciraat sinteza na α-amilaza vo aleuronskiot sloj na ja~menot ili p~enicata. Vo tekot na ’rteweto, embrionot od semeto izla~uva giberelini koi se transportiraat do aleuronskiot sloj. Vo ovoj sloj se sozadavaat hidroliti~ki enzimi, kako {to e α-amilazata koja go razloùva skrobot vo kletkite na endospermot. So pomo{ na ovoj test se ispituva sposobnosta na giberelinite za indukcija na sinteza na α-amilazata vo kletkite na aleuronskiot sloj od ja~men. Aktivnosta na α-amilazata se meri vo reakcija so rastvorot od skrob ili vo odnos na koncentracijata na reducira~kite {e}eri koi se dobivaat pri hidroliza na skrobot.


307

Genetskite analizi na mutantite pokaùvaat deka giberelinite se eden od glavnite faktori za rastewe na stebloto kaj site rastenija. Giberelinite imaat specifi~na uloga vo nekoi fazi od ontogenetskiot razvitok, koga rasteweto na stebloto e regulirano od temperaturata ili svetlinata. Ovie hormoni pretstavuvaat medijatori vo mnogu procesi regulirani od svetlinata kako {to e

rteweto na semeto. Giberelinite zaedno so drugite hormoni imaat zna~ajno dejstvo i vo determinacijata na polot, rasteweto na plodovite, miruvaweto na pupkite i drugo. 12.4 Citokinini

Citokininite go dobile imeto po nivnata sposobnost da ja stimuliraat kleto~nata delba citokineza. Me|utoa, vo stimulirawe na kleto~nata delba osven citokininite u~estvuvaat i auksinite. Isto taka, citokininite imaat i mnogu drugi funkcii vo razvitokot na rastenijata. Ovie hormoni se derivati na purinskata baza-adenin, kade {to na mestoto na azotniot atom broj 6 (N6) se vrzani razli~ni strani~ni sinxiri (Sl. 12.15). Citokininska aktivnost pokaùvaat i nekoi sintetski N6-derivati na adeninot. Slaba citokininska aktivnost imaat nekoi derivati na ureata. Kaj rastenijata, citokininite moàt da bidat slobodni ili kowugirani so razni {e}eri. Sekoja citokininska baza se nao|a vo sostav na poseben nukleotid na transportnata RNA (t-RNA).

Sl. 12.15 Prirodni i sintetski citokinini (Buchanan i sor., 2002).

Haberlandt (1902) gi postavuva prvite idei za postoeweto na endogeni regulatori

na kleto~nata delba, pri {to bilo pokaàno deka difuzatot od floemot ja stimulira delbata na kletkite od parenhimskoto tkivo na krtolite od kompir. Isto taka, Haberlandt go prou~uval zarasnuvaweto na ranite pri povreda kaj rastenijata i utvrdil deka ako povredenata povr{ina se izmie, toga{ ne doa|a do delba na kletkite. Me|utoa, koga na ranata }e se postavi izdrobeno tkivo, kletkite se razmnoùvat i formiraat kalus so ~ija pomo{ zarasnuva ranata. Ovie

supstanci, Haberlandt gi narekol „hormoni na ranite”. Hormonite koi ja stimuliraat kleto~nata delba bile otkrieni mnogu podocna pri istraùvawata na dve razli~ni laboratorii. Van Overbeek (1952) kultiviral in vitro nezreli embrioni od datura (Datura stramonium) i vo hranlivata podloga bilo dodavano kokosovo mleko, koe pretstavuva te~en endosperm na kokosoviot orev. So pomo{ na kokosovoto mleko bile dobieni mnogu dobri rezultati vo kultura in vitro. Vo toj period, edinstveno kako rastitelen hormon bil poznat auksinot, no toj ne bil dovolen za indukcija na kleto~na delba. Skoog i sor., (1952) ja prou~uvale delbata


308

na kletkite vo tkivo izolirano od srcevinata na steblo od tutun. Kletkite na srcevinata bile krupni so golemi vakuoli. Tie rastele vo in vitro uslovi so dodavawe na auksin i se razmnoùvale samo ako zaedno so niv se odgleduval i o{teteniot del od vaskularnoto tkivo. Sepak, koga osven auksin se dodaval i adenin, kleto~nata delba bila stimulirana, no, adeninot bil potreben vo mnogu visoki koncentracii. Vo ovoj period bile napraveni eksperimenti so razli~ni prirodni i sintetski purinski bazi, a me|u niv bil upotreben i eden preparat od DNA izoliran od spermata na haringa. Ovoj preparat imal golemo vlijanie vrz delbata na kletkite od srcevinata na tutun. Pritoa, krupnite kletki od srcevinata uspeale da se podelat na golem broj pomali meristemski kletki. Miller (1961) izoliral aktivna supstancija od DNA, koja bila nare~ena kinetin.

Kinetinot ne e priroden sostaven del na DNA, tuku se sozdava so degradirawe na adeninot pri avtoklavirawe. Spored hemiskata struktura, kinetinot e 6-furfuril-aminopurin i se dobiva i po sintetski pat. Kinetinot dejstvuva vrz delbata na kletkite, kako i na drugi morfogenetski promeni. Site supstancii so sli~no dejstvo kako kinetinot se nare~eni citokinini. Prirodnite citokinini bile izolirani od nezrelo seme na p~enka, a aktivnata supstancija nare~ena zeatin

bila N6-derivat na adeninot. Citokininite {iroko se rasprostraneti vo razli~ni tkiva i organi kaj

vi{ite rastenija. Tie vo golema mera se zastapeni vo vrvot na korenot. Taka na pr., vo nekolku milimetri od vrvot na korenot ima okolu 40 pati pove}e citokinini otkolku vo bazalniot del. Korenot e dominantno mesto za sinteza na citokininite i vo forma na ribozidi se transportiraat vo stebloto i listovite. Vo korenot e dokaàno prisustvoto na zeatin, zeatin-ribozid i zeatin-ribotid. Citokininite se nao|aat i vo kambiumot, kako i vo plodovite koi sozrevaat, a osobeno vo endospermot na nezrelite semiwa (kokosovoto mleko, mlekoto od nezrela p~enka, plodovite od diviot kosten, bananata, slivite i drugo).

Citokininite se dokaàni i kaj nekoi morski algi (Laminaria digitata), bakterii (Corynebacterium fascians, Rhizobium japonicum), mikorizni gabi (Rhizopogon roseolus i Suillus pinetipes), kako i vo nodulite kaj pretstavnici od familijata Fabaceae koi ìveat vo simbioza so diazotrofnite bakterii (Rhizobium). Isto taka, tumornite tkiva predizvikani od infekcijata so Agrobacterium tumefaciens proizveduvaat citokinini. 12.4.1 Biosinteza i metabolizam na citokininite

Prirodnite citokinini se derivati na purinskata baza adenin i specifi~nite pati{ta za nivna biosinteza po~nuvaat ottkako }e se sozdade adeninot. Imeno, postojat posebni biosintetski pati{ta za sinteza na slobodnite i kowugiranite citokininski bazi, kako i za citokininite koi vleguvaat vo sostav na RNA (Mok i Mok, 2001).


309

Sl. 12.16 Biosinteza na citokininite (Buchanan i sor., 2002).


310

12.4.1.1 Slobodni i kowugirani citokinini

Kaj prirodnite citokinini, strani~niot sinxir na mestoto N6 ima izoprenoidno poteklo i pretstavuva edna izoprenoidna edinica ∆2-izopentenil pirofosfat (IPP), odnosno negoviot izomer dimetilalilpirofosfat (DMAPP). Prviot ~ekor vo sintezata na slobodnite i kowugiranite citokinini se sostoi vo povrzuvawe na IPP za adenozin monofosfatot (5’-AMP), pri {to se dobiva ribotid, N6-∆2-izopentenil-adenozin-5’-monofosfat (Sl. 12.16). Od ova soedinenie so postepeni promeni se dobivaat drugite citokinini. Taka, so modifikacija na strani~niot sinxir se dobivaat razli~ni nukleotidi, a so negova hidroksilacija se dobiva zeatin-ribotid, a potoa dihidrozeatinribotid. So defosforilacija na ovie nukleotidi se dobivaat nivnite ribozidi, a so gubewe na ribozata se formiraat slobodni bazi. Taka na pr., so defosforilacija na po~etnoto soedinenie se dobiva N6-(∆2-izopentenil)-adenozin (=i6Ado, 2iP ribozid), a so

odvojuvawe na ribozata se sozdava slobodnata baza N6-(∆2-izopentenil)-adenin (=i6-Ade, 2iP), koja e mnogu aktiven citokinin. Od druga strana, so hidroksilacija

na strani~niot sinxir na po~etnoto soedinenie i toa na metil grupata vo trans polo`ba se dobiva zeatin ribotid (ribozil-zeatin-5’-monofosfat), koj so

defosforilacija dava zeatin ribozid. So gubewe na ribozata, toj preminuva vo slobodnata baza zeatin [6-(4-hidroksi-3-metilbut-trans-2-enilamino)-purin], koja

pretstavuva najrasprostranet priroden citokinin. trans-zeatinot so pomo{ na edna izomeraza preminuva vo cis-zeatin, koj ima poslaba biolo{ka aktivnost. Sepak, kaj mnogu rastitelni vidovi se nao|aat i dvete formi na zeatin. Od zeatinot se formira dihidrozeatinot i negoviot ribozid. Me|utoa, kaj bakteriite, osven navedenite citokinini se javuvaat i 2-metiltio derivati na zeatinot koi sodràt sulfur.

Kaj kowugiranite formi na citokininite, adeninskite bazi se vrzuvaat za ribozata ili za riboza fosfatot, pri {to se dobivaat nukleozidi ili nukleotidi, a pritoa ribozata sekoga{ e povrzana za N9 atomot. Ribozidite biolo{ki se aktivni formi na citokininite i se smeta deka citokininite se transportiraat vo forma na vakvi kowugirani ribozidi. Citokininite se kowugiraat i so glukozata koja moè da bide povrzana za N3, N7 ili N9 atomot, kako i za O4 atomot na strani~niot sinxir. Spored toa, postojat dve grupi na kowugirani citokinini: N-glukozidi i O-glukozidi (Sl. 12.17). N-glukozidite se stabilni i nemaat biolo{ka aktivnost nadvor od rastenieto. Preku ovaa forma, aktivnite citokinini se otstranuvaat od metabolizmot, no, ne e poznato dali tie moàt povtorno da se iskoristat. Od druga strana, O-glukozidite mnogu lesno hidroliziraat, pri {to se osloboduva azotna baza. Se smeta deka tie se glavnata rezervna forma so ~ija pomo{ postojano se odrùva koncentracija na aktivnite citokinini vo rastitelnite kletki. Koga rastenijata se tretiraat so pogolema doza na prirodni ili sintetski citokinini (benziladenin, kinetin) doa|a do nivna glukolizacija {to pretstavuva eden od na~inite na detoksikacija.

Enzim koj u~estvuva vo sintezata na IPP i AMP e izopentenil-transferazata (∆2-izopentenil-pirofosfat: AMP-∆2-izopentenil-transferaza). Aktivnosta na ovoj enzim e konstatirana kaj vi{ite rastenija, no, toj seu{te ne e izoliran. Genetski transformiranite rastenija so bakterijata Agrobacterium tumefaciens go sodràt ovoj enzim. Tumornite tkiva sodràt zgolemeno koli~estvo citokinini, poradi zgolemenata aktivnost na izopentenil transferazata. Kaj tumorite, sintezata na enzimot e pod kontrola na ipt genot, koj se prenesuva vo rastenieto od bakterijata koja predizvikuva pojava na tumori. IPT enzimot ima ista aktivnost kaj


311

rastenijata, a sekvenci od DNA koi se homologni na bakteriskiot ipt gen doka`ani se i vo genomot na Arabidopsis thaliana (Haberer i Kieber, 2002).

Sl. 12.17 Kowugirani citokinini (Buchanan i sor., 2002).


312

12.4.1.2 Katabolizam na citokininite

Pri degradirawe na citokininite po enzimski pat se vr{i otstranuvawe na strani~niot sinxir, pri {to ostanuva samo adeninot, odnosno adenozinot. Ovaa reakcija ja katalizira citokininskata oksidaza, koja e vaèn regulator na prisustvoto na citokininite vo kletkata. Formiraweto na glukozidi so aktivnite citokinini e eden od na~inite na nivna deaktivacija i pokraj toa {to ovoj proces ima reverzibilen karakter.

Sintezata na citokininite koi vleguvaat vo sostav na transportnite ribonukleinski kiselini (tRNA) se vr{i po sosema druga {ema. Imeno, slobodnite citokinini nikoga{ ne se vgraduvaat vo tRNA, tuku na nivnoto idno mesto se nao|a adenin so ~ie transformirawe se dobiva citokinin. Citokininskata baza vo ribonukleinskata kiselina e nare~ena „minorna baza”, koja vleguva vo sostav samo na eden poseben nukleotid. Ovoj nukleotid zazema definirana polo`ba do tri nukleotidi koi go so~inuvaat antikodonot na negoviot 3’ kraj. Pri sinteza na site citokinini, adeninot {to se nao|a na mestoto N6 se vrzuva za ∆2-izopentenil pirofosfatot. Na vakov na~in se dobiva izopentenil-adenozin koj vleguva vo sostavot na tRNA. Enzimot izopentenil-transferaza e katalizator na ovaa reakcija, no, se razlikuva od enzimot koj gi gradi drugite citokinini, bidej}i gi prepoznava samo onie tRNA koi se specifi~ni za aminokiselinite serin, tirozin i cistein. Kodonite na ovie aminokiselini zapo~nuvaat so U (uracil), a drugite tRNA ne go poseduvaat citokininot kako minorna baza.

Postojat pove}e istraùvawa za odnosot pome|u citokininite vo sostavot na RNA i slobodnite citokinini. Slobodnite citokinini ne se vgraduvaat vo tRNA, a osloboduvaweto na izopenteniladeninot od tRNA pri nejzinoto raspa|awe nema va`no zna~ewe za hormonalniot status na rastenijata. Citokininite od tRNA ne u~estvuvaat vo delbata na kletkite i drugite morfogenetski procesi. Spored toa, ulogata na citokininite neposredno do antikodonot ne e sosema jasna i se pretpostavuva deka tie go olesnuvaat prepoznavaweto na aminokiselinite koi se povrzuvaat vo molekulot na proteinite. 12.4.2 Citokininski mutanti

Dosega{nite istraùvawa pokaùvaat deka ne se pronajdeni mutanti kaj koi e blokirana biosintezata na citokininite. Se smeta deka takvata mutacijata najverojatno bi bila letalna za kletkite {to naso~uva na esencijalnata funkcija na citokininite vo rastitelnite kletki. Me|utoa, opi{ani se nekoi mutanti, koi vo odnos na kontrolnite rastenija proizveduvaat golemo koli~estvo citokinini. Isto taka, poznati se mutanti koi se rezistentni na supraoptimalni koncentracii na citokinini, a toa zna~i deka mutacijata o{tetila odreden gen koj e vaèn za reakcijata na rastenijata kon citokininite. Sepak, mutiranite geni i nivnite proizvodi dosega ne se izolirani. 12.4.3 Sintetski citokinini

Sintetskite citokinini na pozicijata N6 imaat furfurilen prsten, kako kaj kinetinot (6-furfurilaminopurin) ili benzolen prsten, kako {to e kaj 6-benzilaminopurinot (benziladenin, BA). Ovie citokinini imaat silno biolo{ko dejstvo, kako i prirodnite citokinini. Drugi modifikacii vo prstenot na citokininite moàt da predizvikaat anticitokininska aktivnost, bidej}i se odnesuvaat kako kompetitivni inhibitori na citokininite. Od kokosovoto mleko, osven zeatinot izolirana e i tioureata, koja e citokinin so niska aktivnost. Taa


313

ne sodrì adeninsko jadro i voop{to ne e jasno od kade proizleguva nejzinoto dejstvo. Isto taka, vo upotreba e vovedena i druga sintetska supstancija tidiazuron, koja pretstavuva mnogu silen citokinin (Murch i sor., 2000). 12.4.4 Biolo{ki testovi i glavni funkcii na citokininite

Specifi~nite testovi so koi se dokaùva citokininskata aktivnost se baziraat na stimulacija na kleto~nata delba kaj kalusnite tkiva, koi ne moàt da da rastat bez citokinini vo in vitro uslovi. Ovie testovi traat 3-4 nedeli i zatoa se razvieni drugi pomalku ~uvstvitelni, no, pobrzi testovi. Takov e testot koj se bazira na sposobnosta na citokininite da ja zabavat degradacijata na proteinite vo hloroplastite za koi e vrzan hlorofilot. Drug test koj ~esto se koristi se karakterizira so sposobnosta na citokininite da ja stimuliraat sintezata na betacijaninot, crven pigment vo nikulcite na Amaranthus caudatus.

Osnovni funkcii na citokininite se stimulirawe na kleto~nata delba vo prisustvo na auksinite, indukcija na de novo pupki, stimulirawe na rastot na pupkite vo miruvawe, kako i prekinuvawe na apikalnata dominacija. Citokininite dejstvuvaat i na rasteweto na listovite, zadebeluvaweto na stebloto i go inhibiraat rasteweto na korenot. Isto taka, citokininite imaat vlijanie i vrz diferenciraweto na hloroplastite, odrùvaweto na proteinite i hlorofilot vo hloroplastite, a so toa go odloùvaat procesot na stareewe. Vo tekot na razvitokot, tie u~estvuvaat i vo reguliraweto na polot kaj cvetovite, kako i vrz sintezata na mnogu fenilpropanoidni soedinenija (sekundarni metaboliti). Prisustvoto na citokininite vo nekoi delovi od rastenijata vlijaat vrz nasokata na transportot i akumulacijata na asmilatite vo rastitelnite organi. 12.5 Absicinska kiselina (ABA)

Vo istraùvawata na ekstrakti od pove}e rastenija, osven auksinska i giberelinska aktivnost bile dokaàni i frakcii koi go inhibiraat rasteweto. Edna od glavnite supstancii vo ovie frakcii e abscisinskata kiselina (ABA= abscisic acid), koja so nekoi svoi derivati (abscisini) vleguva vo sostav na posebna grupa rastitelni hormoni poznati kako inhibitori na rasteweto. Abscisinskata

kiselina e nare~ena u{te kako „hormon na stresot”, bidej}i ima va`na uloga kako signalen molekul vo uslovi na stres, koga rastenieto e izloèno na ekstremni nadvore{ni uslovi. Taka na pr., vo su{ni uslovi, ABA predizvikuva zatvorawe na stomite. ABA i nejzinite metaboliti imaat regulatorna uloga vo nekoi fazi na rasteweto, osobeno koga rastenieto preminuva od sostojba na aktivno rastewe vo sostojba na miruvawe.

Vo pedesetite godini od minatiot vek, vo razli~ni rastitelni ekstrakti bile otkrieni frakcii koi go inhibirale rasteweto na koleoptilite od oves i p~enica. Ovie nepoznati supstancii bile nare~eni inhibitor β (za razlika od

stimulatorot α). Wareing i sor., (1964) vo ekstrakt od pupki vo miruvawe na javor (Acer pseudoplatanus) i breza (Betula pubescens) izolirale aktivno soedinenie koe go inhibira rasteweto na pupkite i predizvikuva miruvawe ili dormancija nare~eno dormin. Od druga strana, Addicott (1968) ja ispituval pri~inata za preranoto

opa|awe na plodovite od pamuk (Gossypium hirsutum) i vo ekstraktite na padnatite plodovi dokaàl zna~ajno koli~estvo na inhibitor, koj go narekol abscisin. Me|utoa, hemiskite ispituvawa pokaàle deka dorminot i abscisinot pretstavuvaat edna ista supstancija i zatoa bilo prifateno imeto abscisinska kiselina.


314

Prisustvoto na ABA e dokaàno kaj site vi{i rastenija, vklu~uvaj}i gi monokotiledonite i dikotiledonite rastenija, Gimnospermae i papratite. ABA ne e dokaàna kaj movovite, no, nekoi movovi (Lunularia cruciata) sodràt sli~na supstancija poznata kako lunularna kiselina (Sl. 12.18), koja ima uloga na inhibitor. ABA se nao|a samo kaj dva vida gabi i ne e prisutna kaj algite i bakteriite. Site rastitelni tkiva sodràt ABA vo razli~ni koli~estva. Bogat izvor na ABA pretstavuvaat plodovite na avokado (10 mg·kg-1), koi pretstavuvaat naj~esto koristen objekt vo istraùvawata za biosintezata i metabolizmot na ABA. Dominantno mesto kade {to se vr{i sintezata na ABA se kletkite bogati so plastidi, etioplasti, hloroplasti i amiloplasti. Od ovie kletki, ABA se transportira preku floemot vo drugite rastitelni tkiva. Isto taka, ABA se sintetizira i vo korenot, a potoa preku ksilemot se prenesuva vo nadzemnite delovi na rastenieto. Sepak, koli~estvoto na ABA vo rastitelnite kletki zavisi i od dejstvoto na nadvore{nite faktori. 12.5.1 Biosinteza i metabolizam na ABA

ABA e seskviterpenoid i se sostoi od tri izoprenoidni edinici (C-5). Nejzinata empiriskata formula e C15H20O4, a nejzinata struktura ja so~inuva eden alifati~en prsten so edna dvojna vrska i nezasiten strani~en sinxir so karboksilna grupa (Sl. 12.18). Asimetri~niot jagleroden atom na polo`bata 1’ vo prstenot uslovuva (+) ili (-) ili (S i R) enantiomeri. Kaj rastenijata, ABA se nao|a samo (+) forma, dodeka sintetskite soedinenija vo komercijalna upotreba se racemati. Spored polo`bata na karboksilnata grupa postojat cis i trans formi na ABA, no, samo cis formata e biolo{ki aktivna.

Sl. 12.18 Abscisinska kiselina (cis-ABA i trans-ABA), (Buchanan i sor., 2002).

12.5.1.1 Alternativni pati{ta na biosinteza na ABA

Biosintezata na ABA se vr{i vo hloroplastite i vo drugite plastidi. Po~etno soedinenie vo nejzinata sinteza e izopentenil pirofosfat (IPP), koj se dobiva od piruvatot i gliceraldehid-3-fosfatot (po~etnite stepeni se isti za site terpenoidi). Sepak, vo ponatamo{nata sinteza mo`ni se dva alternativni na~ini na biosinteza: direkten od farnezil pirofosfat i indirekten od karotenoidite (Sl. 12.19).


315

Sl. 12.19 Biosinteza na abscisinska kiselina (AVA), (Buchanan i sor., 2002).

Direktniot pat na sinteza na ABA e dobro prou~en kaj gabata Cercospora rosicola,

koja proizveduva ABA vo mnogu golemi koli~estva, duri 30 mg na litar te~na podloga za 20 dena. Biosintezata na ABA kaj gabite se razlikuva od onaa kaj vi{ite rastenija. Gabite sozdavaat IPP od mevalonatot, a sintezata na ABA se odvojuva od drugite izoprenoidni soedinenija vo stadiumot na farnezol (C15). Farnezolot

ciklizira i po nekolku stepeni od nego se dobiva ABA. Farnezil pirofosfatot kaj rastenijata se formira na ist na~in, no so

vrzuvawe na u{te edna izoprenska edinica. IPP preminuva vo geranilgeranil-PP (GGPP), a potoa dvata GGPP se kondenziraat, pri {to po~nuva biosintetskiot pat na karotenoidite. Neposredni prekursori na ABA se ksantofilite 9’-cis-

violaksantin i 9’-cis neoksantin. Na ovaa mesto, specifi~niot pat za biosinteza na ABA se odvojuva od karotenoidite. So raspa|awe na violaksantinot ili na neoksantinot se dobiva smesa od tri soedinenija. Edno od niv e ksantoksinot, aldehid koj so oksidacija preku ABA-alkoholot preminuva vo ABA. Ovaa reakcija ja katalizira enzimot monooksigenaza vrzana za citohromot P450. Raspa|aweto na violaksantinot e doka`ano vo in vitro uslovi, pri izlo`uvawe na rastvorot so pigmenti na sina svetlina. Pritoa, vo ovoj rastvor se pojavile inhibitori na ’rteweto na semeto (Taylor i Burden, 1972). Ovoj proces se izvr{uva in vivo i za nego ne e potrebno prisustvo na svetlina. Ksantoksinot e glaven sostaven del vo neutralnata frakcija na inhibitorite. Ovoj indirekten C-40 pat na biosinteza na ABA e dominanten kaj vi{ite rastenija.


316

12.5.1.2 Inaktivacija i kowugacija na ABA

ABA moè da bide inaktivirana pri procesot na oksidacija preku hidroksi-metil-ABA, pri {to se dobiva fazeinska, a potoa dihidrofazeinska kiselina. Ovie soedinenija imaat mnogu poslabo fiziolo{ko dejstvo od ABA.

Vtor na~in na inaktivacija na ABA e nejzinata kowugacija so {e}erite, osobeno glukozata (Sl. 12.20). Vo nezrelite plodovi od Lupinus luteus e dokaàn β-D-glukopiranozil-ester (+)-ABA, ~ie prisustvoto e potvrdeno vo mnogu rastenija

(Koshimizu i sor., 1968). So alkalna hidroliza, od ovoj ester se dobiva slobodna ABA. Sepak, esterot ima okolu 50% poslaba biolo{ka aktivnost od ABA, a toa zna~i deka del od nego se hidrolizira vo rastitelniot materijal. Me|utoa, vo uslovi koga koli~estvoto na ABA zna~ajno se zgolemuva, kako {to e pri gubewe na golemo koli~estvo voda, toga{ koli~estvoto na glukozilniot ester ne se namaluva, {to pokaùva deka toj ne e glavniot izvor na slobodna ABA. Osven esterski vrski, ABA so glukozata gradi β-glukopiranozid, koj e {iroko rasprostranet kaj rastenijata. Kowugacijata na ABA so glukozata e ireverzibilen proces, a kowugatite biolo{ki se neaktivni.

Sl. 12.20 Inaktivacija na ABA preku kowugacija so glukoza i so oksidacija (Buchanan i sor., 2002).


317

12.5.2 ABA Mutanti

Dosega{nite istraùvawa pokaùvaat deka postojat golem broj prirodni i inducirani mutanti vo biosintezata ili fiziolo{kite funkcii na ABA. Ispituvawata kaj biosintetskite mutanti potvrdile deka kaj vi{ite rastenija dominanten pat na biosinteza na ABA e preku C-40 (Sl. 12.19). Taka na pr., postojat nekolku mutanti kaj p~enka koi se viviparni (vp-mutanti), a toa zna~i deka nivnoto seme ne vleguva vo faza na miruvawe, tuku ’rti u{te vo ko~anot. Kaj ovie mutanti blokirana e sintezata na karotenoidite vo ranata faza i dokaàno e deka tie ne produciraat ABA. Ovie istraùvawa ja potvrduvaat ulogata na ABA vo dormancijata na semeto. Nekoi mutanti kaj tutunot (aba 2) i Arabidopsis (aba 1) ne se vo sostojba da izvr{at epoksidacija preku koja se dobiva violaksantin. Raspa|aweto na neoksantinot e blokirano kaj mutantite od p~enka vp 14 i domat notabilis. Kaj mutantite od domat flacca i sitiens se o{teteni genite za oksidacija na aldehidot od koj se dobiva ABA i tie ne moàt da go reguliraat zatvoraweto na stomite. Efektot od mutacijata moè da se otstrani ako rastenijata se tretiraat so ABA. 12.5.3 Biolo{ki testovi i glavni funkcii na ABA

Vo mnogu procesi od rasteweto na rastenijata, ABA e antagonist na auksinite, giberelinite i citokininite. Sepak, terminot „inhibitor na rasteweto” treba da se diskutira uslovno, bidej}i koga ABA inhibira eden proces, toga{ voobi~aeno stimulira drug. Vo golem broj procesi od razvitokot na rastenijata ABA dejstvuva kako sostaven del na hormonskiot kompleks i se nao|a vo sloèna interakcija so drugite hormoni. Biolo{kata aktivnost na ABA se opredeluva so pomo{ na isti testovi kako za auksinite i giberelinite, pri {to se meri stepenot na inhibicijata ili namaluvaweto na dejstvoto na ovie stimulatori. Taka na pr., moè da se koristi inhibicijata na izdolùvaweto na koleoptilite ili steblata, inhibiraweto na sintezata na α -amilazata ili ’rteweto na semeto. Isto taka, zatvoraweto na stomite pretstavuva specifi~en test za detekcija na ABA.

ABA svoeto ime go dobila vrz osnova na pretpostavenoto dejstvo vrz abscisijata ili pa|aweto na plodovite, no, sepak ABA ne e glaven faktor vo ovoj proces. Istraùvawata pokaàle deka kaj plodovite od pamuk, ABA ja stimulira sintezata na gasot etilen koj vo pogolem broj drugi rastitelni vidovi pretstavuva glaven faktor za abscisija na plodovite. Isto taka, u~estvoto na ABA vo dormancijata na pupkite ne se smeta za nejzina primarna funkcija. Dormancijata zavisi od odnosot na hormonite, kade {to ABA ne e klu~en faktor. Sepak, ABA e hormon koj posreduva vo stresnite reakcii kaj rastenijata i zatoa e nare~ena „hormon na stresot”. Vo vodeniot reìm kaj rastenijata, ABA pretstavuva signal za negativniot voden potencijal i specifi~no dejstvuva vrz zatvoraweto na stomite vo su{ni uslovi. Kaj semiwata, ABA ima vlijanie vrz razvitokot i dormancijata na embrionite, kako i vrz sintezata na rezervnite proteini vo kotiledonite i tolerantnosta kon gubeweto na voda. 12.6 Etilen

Etilenot so svoite karakteristiki e isklu~ok me|u rastitelnite hormoni, bidej}i toj e edinstven hormon koj vo uslovi na fiziolo{ka temperatura se nao|a vo gasovita sostojba. Vo nekoi fiziolo{ki procesi kaj rastenijata, etilenot pretstavuva antagonist na stimulatorite na rastot i poradi toa se vbrojuva vo


318

inhibitorite na rastot. Taka na pr., etilenot go inhibira rasteweto na stebloto, no, gi stimulira procesite {to se odvivaat na krajot od vegetacijata, kako {to se sozrevaweto na plodovite, pa|aweto na listovite i stareeweto. Vo ovo{tarstvoto i hortikulturata se primenuvat etrel i etefon, bidej}i otkako }e se isprskaat rastenijata so ovie sredstva, toga{ vo rastitelnite tkiva se osloboduva etilen.

Vlijanieto na etilenot vrz sozrevaweto na plodovite bilo poznato mnogu odamna. Kinezite palele temjan za da go zabrzaat sozrevaweto na plodovite, bidej}i vo ~adot od temjanot se nao|aat mali koli~estva etilen. Isto taka, se smeta deka pojavata na pa|awe na listovite na uli~nite drvoredi se dolì na izleguvaweto na malo koli~estvo etilen od sijalicite za osvetluvawe. Me|utoa, etilenot kako predizvikuva~ na ovoj fenomen bil identifikuvan vo po~etokot na XX vek, koga ruskiot nau~nik D.N. Neljubov prou~uvaj}i gi gravitropskite reakcii kaj steblo od gra{ok vo laboratoriski uslovi zabeleàl deka mladite etiolirani izdanoci ne bile ispraveni, tuku vrvniot del bil svitkan i rastel horizontalno. Pri~ina za ovaa pojava vo negovata laboratorija bilo prisustvoto na etilenot vo sme{ata od gasot za osvetluvawe, dodeka vakvite efekti ne se povtoruvale vo dobro provetrena laboratorija. Vsu{nost, etilenot predizvikuva zabrzano sozrevawe na plodovite (banana, limon) i zrelite plodovi go osloboduvaat etilenot vo nadvore{nata sredina. Spored toa, ako zrelite plodovi se najdat vo blizina na nezreli plodovi, odnosno vo ista prostorija, toga{ tie go zabrzuvaat sozrevaweto na plodovite. Isto taka, plodovite, cvetovite, listovite, korenite i semiwata na mnogu rastitelni vidovi proizveduvaat etilen. Burg i Burg (1968) go potvrdile zna~eweto na etilenot pri rasteweto i razvivaweto na rastenijata i zatoa toj bil prifaten kako poseben rastitelen hormon. 12.6.1 Biosinteza i metabolizam na etilenot

Etilenot (CH2=CH2) e nezasiten jaglevodorod (olefin), koj e polesen od

vozduhot. Toj e bezboen gas so slab eterski miris i temperatura na topewe od 103C. Dvojnata vrska vo molekulot na etilenot dava tri apsorpcioni maksimumi vo ultravioletovata oblast (161, 166 i 175 nm). Spored Yang i Hoffman (1984), prekursor na etilenot e aminokiselinata L-metionin (Sl. 12.21) i od nejziniot

tret i ~etvrt jagleroden atom se dobiva etilenot. C-1 atomot dava CO2, a del od molekulot na metioninot zaedno so sulfurot se zadrùva vo tkivoto i se koristi vo cikli~en proces na regeneracija na metioninot (Yang-ov ciklus).

Biosintezata na etilenot se bazira na dve klu~ni soedinenija, S-adenozil metionin (SAM) i 1-amino-ciklopropan-1-karboksilna kiselina (ACC). Prvata

reakcija vo biosintezata se sostoi vo aktivacija na metioninot so pomo{ na ATP, pri {to se dobiva SAM, a se odvojuvaat PPi i Pi. Ovie reakcii se vr{at pod dejstvo na enzimot SAM-sintaza (ATP : metionin-adenozin-transferaza). Isto taka, SAM e

prekursor i vo sintezata na poliaminite. Vo vtoriot stepen od biosintezata, SAM se konvertira vo dve soedinenija, prvoto e neposreden prekursor na etilenot-ACC, a drugoto e 5’-metil-tioadenozin (MTA). Ovaa reakcija ja izvr{uva enzimot ACC-sintaza (S-adenozil-L-metionin metiltioadenozin-lijaza), ~ij kofaktor e

piridoksal fosfatot. ACC e mnogu vaèn stepen vo sintezata na etilenot. Ova soedinenie ne e volatilno i vo rastenieto verojatno se transportira do kletkite {to proizveduvaat etilen. Posledniot stepen vo sintezata na etilenot e oksidacija na ACC za {to se potrebni aerobni uslovi. Vsu{nost, procesot go katalizira edna dioksigenaza poznata kako ACC-oksidaza, koja e aktivna vo prisustvo na Fe i askorbat. Ovoj enzim proizveduva CO2 od C-1 karboksilnata grupa i HCN od amino grupata vrzana za C-2 jaglerodniot atom. Vo edna vakva efikasna


319

reakcija doa|a do detoksikacija na cijanidot od kogo se formiraat drugi netoksi~ni soedinenija.

Sl. 12.21 Biosinteza na etilen (Yang-ov ciklus), (Buchanan i sor., 2002).

Ostatokot od metioninot, odnosno MTA se reciklira vo metionin. Vo ovoj

ciklus, od MTA prvo se odvojuva adeninot, a potoa ribozata, dodeka metil grupata i jaglerodniot atom vrzan za sulfurot se kondenziraat so aminokiselinata homoserin, pri {to se formira metionin. Regeneracijata na metioninot e va`en proces pri sintezata na etilenot, bidej}i ovaa aminokiselina ne se nao|a vo golemi koli~estva vo kletkite i poradi toa brzo bi do{lo do nejzin nedostatok ako ne se obnovuva.

Regulacijata na biosintezata na etilenot se vr{i so pomo{ na enzimot ACC sintaza, pri {to koli~estvoto na ACC e ograni~uva~ki faktor vo proizvodstvo na etilen. Ako na rastitelnite tkiva egzogeno se dodade ACC, toga{ od nego mnogu brzo }e se proizvede etilen. No, ako ACC ireverzibilno se povrze za N-malonilot, toga{ }e se namali proizvodstvoto na etilen.

Nekoi inhibitori mo`at da vlijaat vrz biosintezata na etilenot. Takov inhibitor e aminoetoksi-vinil-glicinot (AVG), koj gi spre~uva site reakcii vo koi u~estvuva piridoksal fosfatot. Vsu{nost, ovoj inhibitor ja spre~uva


320

sintezata na endogeniot etilen. Biosintezata na etilenot e avtokataliti~ki proces, bidej}i malo koli~estvo na etilen ja intenzivira negovata sinteza osobeno pri sozrevaweto na plodovite, ’rteweto na semeto, opa|aweto na listovite, kako i pri stareeweto na cvetovite. Spored McMurchie i sor., (1972), sintezata na etilenot se odviva vo dva stepena. Se smeta deka prviot stepen najverojatno e induciran od propilenot, a vtoriot e avtokataliti~ki pri {to koli~estvoto na etilen spontano se zgolemuva. Biosintezata na etilenot se zgolemuva pod dejstvo na nekoi nadvore{ni faktori, osobeno vo uslovi na stres, kako {to e napadot od nekoi parazitski gabi. Tretmanot na rastenijata so auksini predizvikuva zgolemena sinteza na etilen, {to dolgo vreme se koristelo kako mo`no objasnuvawe za inhibitornoto dejstvo na auksinite. 12.6.2 Etilenski mutanti

Kaj rastenijata se otkrieni mnogu mutanti koi ne proizveduvaat etilen ili ne se ~uvstvitelni na negovoto dejstvo. Sepak, mnogu fiziolo{ki efekti na etilenot se objasneti so pomo{ na mutantnite formi na Arabidopsis. 12.6.3 Biolo{ki testovi i glavni funkcii na etilenot

Fiziolo{kite reakcii na etilenot moè da se koristat kako ednostaven test za negova detekcija. Takov test e t.n. trostruka reakcija na etioliranoto steblo od gra{ok, kade {to e inhibirano izdolùvaweto na tretata internodija koja se zadebeluva i svitkuva horizontalno. Etilenot u~estvuva vo reguliraweto na mnogu procesi, vo koi vleguva vo interakcija so drugi rastitelni hormoni. Taka na pr., etilenot u~estvuva vo indukcijata na adventivni koreni, epinastijata, cvetaweto, kako i vo opa|aweto na listovite i plodovite. Sepak, etilenot ima najva`na uloga vo sozrevaweto na so~nite plodovi (banana, cre{a, jabolko). Vo pogolem broj fiziolo{ki procesi, antagonisti na etilenot se CO2, solite na srebroto i drugite te{ki metali.

Etilenot e rastvorliv vo voda (re~isi pet pati porastvorliv od kislorodot), toj e nepolaren i lipofilen i zatoa ne moè da pomine niz kleto~nata membrana. Poradi toa, se smeta deka mestoto na negovoto dejstvuvawe se nao|a vo blizina na mestoto na negovata sinteza i ne se transportira na pogolemi rastojanija, tuku samo od kletka do kletka. Etilenot od kletkata se osloboduva kako gas. Toj e prisuten vo intercelularnite prostori, ksilemot i floemot, a se osloboduva preku stomite i na toj na~in dejstvuva na rastenijata {to se nao|aat vo neposredna blizina. 12.7 Jasmonati

Jasmonatite se grupa od pove}e srodni soedinenija, koi se derivati na (-)-jasmonskata kiselina (JA=jasmonic acid) i izomeri na (+)-7-izojasmonskata kiselina (7-izo-JA). Imeto go dobile po jasminot (Jasmonium grandiflorum), kade {to

bil otkrien metil-esterot na jasmonskata kiselina (MeJA), kako glavna mirisna komponenta na eterskite masla. Drugi va`ni soedinenija se kukurbinskata kiselina izolirana od semeto na tikva (Cucurbita pepo) i tuberinskata kiselina izolirana od listovite na kompir (Solanum tuberosum). Biohemiskite i fiziolo{kite istraùvawa pokaàle deka jasmonatite imaat va`na regulatorna funkcija vo razvitokot na rastenijata. Isto taka, jasmonatite se mnogu va`ni signalni molekuli vo aktiviraweto na odbranbenite mehanizmi kaj rastenijata pri napadot od patogenite organizmi.


321

Metil esterot na jasmonskata kiselina (MeJA) kako ispraliva komponenta bil otkrien vo {eesetite godini od minatiot vek (Démolé i Stoll, 1962), koga bil dokaàn kako glavna mirisna komponenta na eterskite masla od jasminot, ruzmarinot (Rosmarinus officinalis), pelinot (Artemisia) i nekoi drugi rastenija. Jasmonskata kiselina (JA) bila izolirana od filtratot na gabata Lasiodiploidia theobrome (Aldridge i sor., 1971), kako i od nekoi drugi gabi. Isto taka, prisustvoto na jasmonatite bilo dokaàno i kaj algite Euglena, Chlorela i Spirulina, kako i kaj site vi{i rastenija (paprati, ~etinari i skrienosemeni). Sembdner i sor., (1994) pokaàle deka prestavnicite od 160 familii sodràt razli~ni jasmonati. Vsu{nost, kako i site drugi hormoni, jasmonatite kaj pogolem broj rastitelni vidovi se prisutni vo mnogu mali koli~estva i poradi toa nivnoto prisustvo moè da se dokaè so pomo{ na fizi~ko-hemiski i imunolo{ki metodi. Taka na pr., od 13.5 kg nezrelo seme na grav bile dobieni 9.5 mg JA (Yamane i sor., 1981).

Sl. 12.22 Hemiski formuli na nekoi jasmonati (Buchanan i sor., 2002).


322

12.7.1 Biosinteza i metabolizam na jasmonatite

Osnovnata hemiskata struktura na jasmonatite pretstavuva ciklopentanski prsten so razli~ni supstitucii na C-3, C-6 i C-7 atom. Na C-3 i C-7 atom se nao|aat dva hiralni centri i kako rezultat na toa postojat dva diasteroizomeri i nivnite enantiomerni formi (Sl. 12.22). Najva`ni pretstavnici na jasmonatite se (-)-JA i nejziniot stereoizomer (+)-7-izo-JA. Drugite jasmonati, kako {to se kukurbinskata i tuberinskata kiselina se dobivaat so modifikacija na JA i 7-izo-JA. Vo prirodata se nao|aat i mnogu hidroksilirani ili kowugirani derivati na ovie dve osnovni kiselini.

Jasmonatite se derivati na linolenskata kiselina, koja e poznata kako sostaven del na lipidnata komponenta na kleto~nite membrani. Slobodnata linolenska kiselina pod dejstvoto na enzimot lipoksigenaza (LOG-enzimot) se oksidira vo 13-hidroperoksilinolenska kiselina (Sl. 12.23). Klu~ni enzimi vo natamo{nata

transformacija se alen-oksid sintaza (AOS) i alen-oksid ciklaza (AOC). Enzimot

AOS vr{i ciklizacija i formira 12-okso-fitodienoi~na kiselina. Nejziniot krak na C-3 atomot podle`i na skratuvawe od tri ~ekori vo tekot na β-oksidacijata na masnite kiselini, pri {to se dobiva acetaten sinxir. Kraen proizvod na biosintezata e (+)-izo-JA, koja po pat na izomerizacija preminuva vo (-)-JA. Kaj pove}e rastitelni vidovi, odnosot JA:7-izo-JA iznesuva 9:1, no, kaj nekoi rastitelni vidovi kako Vicia faba, odnosot na ovie kiselini iznesuva 2:1. (-)-JA i 7-izo-JA se prirodni soedinenija, dodeka nivnite izomeri (+)-JA i (-)-7-izo-JA se sintetski proizvodi i ne se pronajdeni vo rastenijata.

Prirodnite jasmonati mo`at da se transformiraat na pove}e na~ini: - so hidroksilacija na C-11 ili C-12 atom se proizveduvaat hidroksilirani

derivati, kako {to e tuberinskata kiselina koja e hidroksilirana na C-12 atom; - so redukcija na C-6 keto grupata na nehidroksi- ili hidroksi- derivati, pri {to

se dobivaat soedinenija koi pripa|aat vo grupata na kukurbinska kiselina; - hidroksiliranite metaboliti podlegnuvaat na glukolizacija i na toj na~in se

dobivaat kowugati so glukozata, kako {to e glukozidot na tuberonskata kiselina;

- (-)-JA i drugite derivati se vrzuvaat za aminokiselinite: tirozin, triptofan, izoleucin, leucin i valin.

Kowugiranite jasmonati prisutni vo rastenijata naj~esto se kowugirani so aminokiselinite, {to se dobivaat so formirawe na peptidni vrski so karboksilnata grupa. Jasmonatite kowugirani so glukozata formiraat O-glukozidi i glukozilni estri.

Jasmonatite se sintetiziraat re~isi vo site rastitelni organi, osobeno vo delovite koi rastat, kako {to se vrvot od izdanokot, vrvot od korenot, mladite listovi i nezrelite plodovi. Spored nekoi podatoci, barem eden del od biosintetskite reakcii na jasmonatite se vr{at vo hloroplastite. Jasmonatite se transportiraat preku floemot.


323

Sl. 12.23 Biosinteza na jasmonska kiselina (Buchanan i sor., 2002).


324

12.7.2 Biolo{ki testovi i glavni funkcii na jasmonatite

Prvite istraùvawa za funkcijata na jasmonatite pokaàle deka MeJA od polenot ja stimulira senescencijata (stareeweto) kaj drugite rastenija (Ueda i Kato, 1980), a go inhibira rasteweto na stebloto kaj nekoi rastitelni vidovi (Dathe i sor., 1981). Od ovoj period do denes, aktivnosta na jasmonatite e ispituvana vo site biolo{ki testovi koi se primenuvaat za detekcija na drugite hormoni. Vo biolo{kite testovi, jasmonatite se dokaùvaat so faktot deka go inhibiraat rasteweto, a pritoa vo najgolemi koncentracii se prisutni vo organite koi rastat. Poradi toa, jasmonatite se vbrojuvaat vo grupata na regulatori na rastot.

Jasmonatite go inhibiraat rasteweto na stebloto, korenot i kletkite vo kultura in vitro. Isto taka, jasmonatite go inhibiraat ’rteweto na semeto i polenot, formiraweto na cvetnite pupki i embriogenezata, kako i fotosintezata i sintezata na pigmentite. Na kleto~no nivo, tie ja inhibiraat delbata i izdolùvaweto na kletkite, no, ja stimuliraat nivnata ekspanzija. Jasmonatite vlijaat vrz tuberizacijata kaj kompirot, kako i vrz formiraweto na korenovite krtoli, lukovicite i na organite za prezimuvawe i magacionirawe. Spored Koda (1997), jasmonatite imaat vlijanie vrz pa|aweto (abscisija) na listovite, zatvoraweto na stomite, degradacijata na hlorofilot, stareeweto i di{eweto.

Jasmonskata kiselina (JA) e endogen signalen molekul {to ja inducira otpornosta na rastenijata sprema napadot na patogenite organizmi i ja stimulira produkcijata na sekundarni metaboliti vo rastitelnite kletki (Wang i sor., 2004). JA ja inducira produkcijata na hipericin i psevdohipericin vo kleto~ni suspenzii od Hypericum perforatum L. (Gadzovska i sor., 2007), ajmalicin i katarantin kaj Catharanthus roseus (Vazquez-Flota i De Luca, 1998), ruzmarinska kiselina i {ikonin kaj Lithospermum erythrorhizon (Yazaki i sor., 1997), skopoletin i skopolin kaj Nicotiana tabacum (Sharan i sor., 1998), kako i taksol i placitaksel kaj kletki od Taxus sp. (Palazon i sor., 2003). Aktivnosta na jasmonatite vo metabolizmot na rastenijata e golema i raznovidna i zatoa denes seu{te se istraùva. 12.8 Brasinosteroidi

Vo sedumdesettite godini na minatiot vek poznato bilo deka rastenijata sodràt soedinenija sli~ni na animalnite steroidni hormoni, no, nemalo sigurni dokazi deka ovie soedinenija predizvikuvaat nekoi hormonalni efekti kaj rastenijata. Spored Mandava (1988), kaj rastenijata bilo dokaàno prisustvo na prirodni regulatori so steroidna struktura i stimulatorno dejstvo vrz rastot. Ovie soedinenija bile pronajdeni vo ekstrakti od polen na Brassica napus, a steroidnite frakcii bile nare~eni brasini. Vsu{nost, od ovie frakcii bile

izolirani aktivni soedinenija nare~eni brasinosteroidi. Denes, se smeta deka postojat okolu 40 brasinosteroidi, koi pretstavuvaat edna grupa na endogeni hormoni. Tie, samostojno ili vo interakcija so drugi hormoni go moduliraat rasteweto i razvojnite procesi kaj site rastitelni vidovi.

Brasinosteroidite bile pronajdeni so cel da se podobri rasteweto i prinosot kaj rastenijata. Isto taka, bilo poznato deka polenot na mnogu rastenija sodrì visoko nivo na hormoni i nekoi nepoznati stimulatori (Mandava, 1988). Od istraùvawata kaj pove}e od 60 rastitelni vidovi, polenovite ekstrakti od Brassica napus i Alnus glutinosa pokaàle najgolemo stimulatorno dejstvo vrz rastot. Testot so koj se merelo stimuliraweto na rastot se baziral na izdolùvaweto na vtorata internodija. Lipidnite frakcii na polenovite ekstrakti koi sodrèle kompleksna smesa od pove}e soedinenija bile ozna~eni kako brasini. Me|utoa, brasinite kako stimulatori na rastot ne bile vedna{ prifateni od pove}e


325

pri~ini. Prvo, nekoi soedinenija (glukozilni estri na masnite kiselini) kako najzastapena komponenta na brasinite nemale biolo{ka aktivnost. Vtoro, fiziolo{kite efekti na brasinite glavno se sostoele vo stimulacija na izdolùvaweto na stebloto i zatoa brzoto rastewe bilo prepi{ano na drugite poznati hormoni, kako {to se auksinite i giberelinite.

Sl. 12.24 Brasinosteroidi kaj razli~ni rastitelni vidovi (Buchanan i sor., 2002).

Spored Grove (1979), od 40 kg polen sobran od p~eli bile izolirani 10 mg na

supstancija vo kristalna sostojba nare~ena brasinolid (BL). Aktivnosta na brasinolidot vo biolo{kiot test bila mnogu visoka. Isto taka, od list na kosten (Castanea crenata) bil izoliran kastasteron, a vo semeto na Dolichos lablab bil identifikuvan doliholid. Denes, se poznati okolu 30 vakvi srodni soedinenija, kako i dva kowugata so {e}erite. Site ovie soedinenija se opfateni so imeto brasinosteroidi (BR) i numerirani se spored redosledot na nivnoto otkrivawe.

Taka na pr., brasinolidot e ozna~en kako BR1, kastasteronot kako BR2, se do BRn. Brasinosteroidite {iroko se rasprostraneti me|u rastenijata, vklu~uvaj}i gi

skrienosemenite, golosemenite i algite (Sasse, 1997). Tie strukturno se sli~ni na ekdizonot, hormon koj u~estvuva vo razvitokot na rastenijata. Vsu{nost, site rastitelni organi sodràt razli~ni brasinosteroidi. Najgolemo koli~estvo brasinosteroidi ima vo polenot (100 μg·kg-1), dodeka vo drugite tkiva se nao|aat vo nanogramski koli~estva. Sepak, site prirodni brasinosteroidi se dobivaat i po sintetski pat, a toa go ovozmoùva prou~uvaweto na nivniot metabolizam i fiziolo{koto dejstvo. 12.8.1 Biosinteza i metabolizam na brasinosteroidite

Site prirodni brasinosteroidi se polihidroksilni derivati na 5α-holestanot, a se sostojat od steroidno jadro so strani~en sinxir na C-17 atom i ponekoga{ kislorod vo prstenot B. Tie sodràt 26 (C26-), 27 (C27-), ili 28 (C28-) jaglerodni


326

atomi. Strukturnite razliki pome|u brasinosteroidite proizleguvaat od oksidiranosta na prstenot B, od vidot i orientacijata na supstituiranite grupi, kako i od razlikite vo strani~niot sinxir vrzan za C-17 atom (Sl. 12.24).

Kaj rastitelnite organizmi poznata e biosintezata na sterolnite soedinenija. Vsu{nost, tie se soedinenija so izoprenoidno poteklo, koi se formiraat so dimerizacija i ciklizacija na C-15 seskviterpenot i podlegnuvaat na razli~ni modifikacii. Brasinosteroidite se dobivaat so modifikacija na sterolite i se smeta deka po~etno soedinenie vo nivnata biosinteza e kampesterolot, od koe so postepeni modifikacii se dobivaat brasinosteroidite, ~ij posleden ~len e brasinolidot. Negovite hidroksilni grupi na C-23 i C-25 atom so glukozata gradat kowugati. Ako semeto se tretira so brasinolidi, toga{ reakciite se zabeleùvaat na site organi od nikulecot. Isto taka, epikotilot sekoga{ reagira na tretmanot so brasinolidi, nezavisno od toa koj del od stebloto e tretiran. 12.8.2 Brasinoidni biosintetski mutanti

Brasinosteroidite se va`na komponenta vo hormonalniot kompleks na rastenieto (Li i Chory, 1997). Vo prou~uvaweto na nivnata funkcija va`na uloga ima otkrivaweto na mutantite kaj gra{ok i A. thaliana. Tie imaat xuxest rast i zatoa prvobitno se mislelo deka ovie mutanti se defektni vo odnos na sintezata ili ~uvstvitelnosta kon giberelinite. Taka na pr., mutantot od gra{ok (lkb) ima kratko steblo i lisni dr{ki, normalna sodrìna giberelini i okolu 20 pati pomalo koli~estvo brasinolid i drugi srodni soedinenija, vo sporedba so normalnite rastenija. Ako na ovie mutanti se dodade 1 ng brasinolid, toga{ tie go dostignuvaat normalnoto rastewe. Spored Nomura i sor., (1999), lkb mutantite imaat o{teten gen za sinteza na nekoi sterolni prekursori na brasinolidot.

Hipokotilite od mutantot dwf4 na A. thaliana se re~isi deset pati pokratki vo sporedba so normalnite rastenija, bidej}i kletkite kaj ovoj mutant nemaat sposobnost za izdolùvawe (Azpiroz i sor., 1998). Spored ovie avtori, giberelinite i auksinite vo uslovi na temno nemaat vlijanie vrz rasteweto na hipokotilite, no, pod dejstvo na brasinolidot (BL), tie se izdolùvaat isto kako kaj rastenijata odgleduvani na svetlo. Poradi toa, aktivnosta na neo{teteniot gen DWF4 e neophodna za sinteza na brasinosteroidite. Proizvod na aktivnosta na ovoj gen e enzim od grupata na citohromite P450, koi vr{at hidroksilacijata na prekursorot na brasinolidot na 22α atomot. Brasinosteroidite ne se aktivni vo otsustvo na ovoj prekursor. Ovie rezultati imaat golem pridones vo klasifikacijata na brasinosteroidite kako posebna grupa rastitelni hormoni. 12.8.3 Biolo{ki testovi i glavni funkcii na brasinosteroidite

Brasinosteroidite go stimuliraat rasteweto na stebloto kaj mnogu rastenija i poradi ovoj efekt, nivnoto dejstvo te{ko se razlikuva od auksinite i giberelinite. Aktivnosta na brasinosteroidite se opredeluva so primena na dva specifi~ni biolo{ki testovi. Tie se odnesuvaat na izdolùvaweto na vtorata internodija i promena na polo`bata na liskata vo odnos na stebloto (inklinacija). Kaj biolo{kiot test so grav, brasinolidot predizvikuva delba i izdolùvawe na kletkite. Kako rezultat na ovie promeni, internodijata se izdolùva i zadebeluva, a potoa i nadol`no se razdeluva na dve stebla. Poradi ova dejstvo, brasinosteroidite se razlikuvaat od giberelinite koi predizvikuvaat samo izdolùvawe na internodijata, a auksinite i citokininite nemaat nikakvo vlijanie. Vo testot so inklinacija na liskata od oriz (Wada i sor., 1981), kade {to dolnata granica na aktivnost na brasinolidot e 0.1 nM, edinstven efekt na


327

giberelinite e izdolùvaweto i tie se aktivni kako i auksinite, no, vo pogolemi koncentracii. Ovie testovi moàt uspe{no da se koristat za detekcija na aktivnosta na brasinosteroidite za razlika od drugite hormoni. Spored dosega{nite istraùvawa, od site poznati brasinosteroidi najaktiven e brasinolidot. 12.9 Oligosaharini

Oligosaharinite pretstavuvaat jaglehidrati so kratki sinxiri, koi vo niski koncentracii dejstvuvaat kako signalni molekuli vo rastot i razvitokot na rastenijata, no i kako elicitori vo odbranbenite reakcii. Nivnoto dejstvo vo morfogenetskite procesi e tesno povrzano so hormonite, dodeka, vo odbranbenite reakcii se posrednici me|u patogenite organizmi i sistemot za za{tita vo koj u~estvuvaat i jasmonskata kiselina, salicilnata kiselina, polipeptidot sistemin i drugi soedinenija. Vo odbranbenite procesi, oligosaharinite ja induciraat aktivnosta na odredeni geni, koi ja reguliraat sintezata na za{titnite soedinenija (sekundarni metaboliti). Spored toa, oligosaharinite pretstavuvaat regulatori na rastot so signalna funkcija.

Oligosaharinite imaat sposobnost da go inhibiraat cvetaweto i da go stimuliraat vegetativnoto rastewe kaj Lemna gibba (Gollin, 1984). Tie imaat vlijanie i vrz morfogenezata na povr{inskite tkiva ise~eni od cvetnite granki na tutun, koi vo interakcija so auksinot i kinetinot go reguliraat formiraweto na korenite i cvetnite pupki (Eberhard i sor., 1989). Pri prou~uvawe na odnosite pome|u doma}inot i patogenite organizmi zabeleàno e prisustvo na oligosaharini vo fragmenti od kleto~niot yid na gabite, koi ja induciraat odbranbenata reakcija kaj rastenieto (Ayers i sor., 1976).

Strukturnite polisaharidi se esencijalni sostavni komponenti na kletkite koi rastat, bidej}i vleguvaat vo sostav na kleto~niot yid. Kleto~nite yidovi postojano se razgraduvaat i obnovuvaat pri mehani~ki povredi ili o{tetuvawa od napadot na patogenite organizmi. Pritoa odredeno koli~estvo na oligosaharini postojano se nao|a vo prostorot na kleto~niot yid. Oligosaharinite moè da se dobijat so hidroliza na pektinot, hemicelulozata ili hitinot (Cόté i Hahn, 1994).

Pektinskite olisaharini sodràt 2-20 ostatoci na α-1→4-D galakturonska kiselina (oligogalakturonidi) i se dobivaat so enzimska hidroliza na pektinot. Optimalniot stepen na polimerizacija za nivnoto biolo{ko dejstvo e 9-12 edinici. Mnogu patogeni gabi izla~uvaat β-glukanaza, koja gi razloùva α-1→4 vrskite na pektinot.

Ksiloglukanskite oligosaharini se sozdavaat od hemiceluloznite ostatoci na

ksiloglukanot, koj vo kleto~niot yid gradi vodorodni vrski so celuloznite mikrofibrili. Ksiloglukanite pod dejstvo na enzimot endo-1→4-β-D glukanaza se razgraduvaat na glukozilni ostatoci. Ksiloglukanskite oligosaharini imaat sinxir od 4 glukozilni ostatoci, od koi tri nosat strani~ni sinxiri od ksiluloza, galaktoza i fruktoza. Me|utoa, najaktiven oligosaharin e nonasaharidot, koj se sostoi od 9 glukozilni ostatoci. Spored prifatenata nomenklatura za oligosaharini, toj se obeleùva kako XXFG (Fry i sor., 1993). Ksiloglukanskite oligosaharini se dobivaat vo kletkite koi rastat pod vlijanie na nekoj stimulus, kako {to e auksinot. Vrskite pome|u glukanot i celulozata vo kleto~niot yid se razloùvaat i se pojavuvaat golem broj fragmenti ~ija uloga vo rasteweto na yidot ne e sosema poznata. Nonasaharidot XXFG e dokaàn ekstracelularno vo suspenzija na kletki od spana} i se formira so hidroliza na ksiloglukanot. Ekstracelularnite oligosaharini imaat uloga na signalni molekuli koi gi prenesuvaat informaciite od apoplastot vo simplastot.


328

Pri razgraduvawe na hitinot i hitozanot koi se sostavni delovi na kleto~niot yid od patogenite gabi se dobivaat glukozaminski oligosaharini. 12.9.1 Biolo{ki testovi i glavni funkcii na oligosaharinite

Oligosaharinite u~estvuvaat vo kompleksni procesi zaedno so drugi soedinenija, poradi {to ne postoi nitu eden ednostaven test so koj bi se identificiralo nivnoto dejstvo.

Pektinskite oligosaharini koi ja reguliraat morfogenezata moàt da se detektiraat so pomo{ na otse~eni tenki povr{inski sloevi od cvetni granki na tutun. Ovie tkiva {to gi opfa}aat epidermisot, hlorenhimot, kolenhimot i parenhimot reagiraat na specifi~en na~in, osobeno koga osven auksin i citokinin }e im se aplicira i oligosaharin, ~ija funkcija se sostoi vo modifikacija na morfogenezata. Pektinskite oligosaharini imaat va`na uloga vo odbranbenite reakcii kaj rastenijata pri napadot od nekoi patogeni organizmi, gabi i bakterii.

Ksiloglukanskite oligosaharini go inhibiraat izdolùvaweto na segmentite od stebloto na gra{ok.

Glukozaminskite oligosaharini se formiraat vo kletkite na patogenite organizmi pod vlijanie na enzimite so koi rastenijata se branat od infekcii. Vsu{nost, ovie oligosaharini dejstvuvaat kako dopolnitelni elicitori koi ja zgolemuvaat odbranbenata sposobnost na rastenijata. Vo istata grupa na oligosaharini pripa|aat i nod-faktorite, koi gi izla~uvaat simbiotskite bakterii od rodot Rhizobium pod dejstvo na fenolnite soedinenija {to gi izla~uvaat korenite. Nod-faktorite pretstavuvaat lipo-hitinski oligosaharini koi ne se dobivaat so hidroliza, tuku se sintetiziraat vo kletkite od Rhizobium. Tie gi aktiviraat genite potrebni za nodulacija na leguminozite (Spaink i Lugtenberg, 1994). 12.10 Poliamini

Mestoto na poliaminite pome|u hormonite na rastot seu{te ne e celosno prifateno. Istraùvawata pokaàle deka tie se esencijalni kleto~ni komponenti na mikroorganizmite, ìvotnite i rastenijata. Tie se vklu~eni vo golem broj kleto~ni funkcii, osobeno vo delbata na kletkite. Me|utoa, definicijata za rastitelnite hormoni vo celina ne moè da se primeni i za poliaminite. Vsu{nost, tie se povrzani so mnogu fitohormoni i u~estvuvaat vo mnogu fiziolo{ki procesi, no nemaat specifi~na funkcija vo rasteweto i razvitokot. Poliaminite, kako organski polikatjoni imaat sli~no dejstvo kako i neorganskite katjoni, karakteristika {to gi razlikuva od drugite hormoni. Specifi~nite funkcii na poliaminite seu{te ne se dovolno prou~eni, no, sepak tie se vbrojuvaat kako komponeta na hormonalniot kompleks koja go modificira dejstvoto na aktivnite hormoni. 12.10.1 Biosinteza i metabolizam na poliaminite

Glavni poliamini vo rastenijata se diaminite putrescin i kadaverin,

triaminot spermidin i tetraaminot spermin. Vo ovaa grupa se vbrojuvaat i mnogu

derivati kako {to se kowugiranite poliamini. Nivnata biosinteza zapo~nuva od odredena aminokiselina. Taka na pr., putrescinot se dobiva od ornitinot pod

dejstvo na enzimot ornitin dekarboksilaza ili od argininot so pomo{ na arginin dekarboksilaza. Spermidinot se dobiva od putrescinot pod dejstvo na spermidin


329

sintaza, a od nego so pomo{ na sperminska sintaza se dobiva sperminot. Del od

molekulot koj se vgraduva vo sperminot i spermidinot poteknuva od metioninot, preku S-adenozil-metioninot. Alternativno, S-adenozil-metioninot se koristi za sinteza na 1-aminociklopropan karboksilnata kiselina (ACC), koja e prekursor na etilenot. Na vakov na~in, eden ist prekursor moè da se koristi vo dve nasoki, {to ima golemo zna~ewe pri regulacijata na odredeni procesi. Poliaminot kadaverin se dobiva so dekarboksilacija na lizinot.

Kaj rastenijata, poliaminite gradat mnogu kowugirani soedinenija, me|u koi va`no mesto imaat amidite na hidroksicimetnata kiselina. Nivnoto koli~estvo e pogolemo vo odnos na slobodnite formi. Degradacijata na poliaminite ja vr{at diaminskite i poliaminskite oksidazi. Vsu{nost, kaj mnogu rastenija poliaminite se prekursori na alkaloidite. Taka na pr., putrescinot se vgraduva vo nikotinot kaj tutunot. Sintezata na poliaminite moè da bide inhibirana so pomo{ na specifi~ni inhibitori, kako {to se α-difluorometilargininot i α-difluorometilornitinot. Tie go spre~uvaat dejstvoto na enzimot dekarboksilaza, koja ja katalizira sintezata na putrescinot od arginin. Koncetracijata na poliaminite vo rastitelnite tkiva moè da bide mnogu visoka. Vo nekoi semiwa poliaminite se zastapeni od 10-20 mM, a vo tumornite tkiva 30 mM. 12.10.2 Glavni funkcii na poliaminite

Poliaminite se katjoni so dve ili pove}e pozitivno naelektrizirani grupi i tie se jonizirani pri pH na sredinata vo koja se nao|a kletkata. Poliaminite kako polikatjoni gradat elektrostatski i vodorodni vrski so mnogu soedinenija vo kletkata, me|u koi najva`ni se nukleinskite kiselini, sostavnite komponenti na kleto~nata membrana, kako i komponentite na kleto~niot yid. Poliaminite vo animalnite kletki vlijaat na stabilizacijata na DNA i RNA. Vo rastitelnite kletki, poliaminite dejstvuvaat na isto molekularno nivo kako i kaj animalnite kletki. Pri nedostatok na poliamini zabeleàni se naru{uvawa vo delbata na kletkite. Nivoto na endogenite poliamini raste pri preminot od G1 vo S fazata od kleto~nata delba. Drugi morfogenetski efekti na poliaminite seu{te ne se otkrieni, no, sepak postojat podatoci deka tie imaat vlijanie vrz embriogenezata, razvitokot na reproduktivnite organi, senescencijata, kako i vrz drugi procesi regulirani od hormonalniot kompleks. 12.11 Polipeptidi

Spored istraùvawata do krajot od HH vek, rastitelnite hormoni se razlikuvaat od animalnite po toa {to ne gi opfa}aat hormonite so proteinska priroda. Vo 1991 godina bil otkrien eden polipeptid koj se sintetizira po povreda vo listot od domat i se prenesuva vo drugite listovi, kade go inducira odbranbeniot mehanizam (Pearce i sor., 1991). Ovoj polipeptid bil nare~en sistemin, a dosega se identificirani u{te tri grupi razli~ni polipeptidi i toa

proizvodi na genite od familijata CLAVATA, fitosulfokini i edna supstancija od ENOD grupata pronajdena kaj leguminozite. Poradi toa, ovie polipeptidi denes se vbrojuvaat vo edna posebna grupa na hormoni, {to imaat signalna funkcija vo procesite na rastot i razvitokot.

Site polipeptidni hormoni imaat biolo{ki efekt otkako }e se povrzat kako ligandi za receptorite koi se nao|aat vo kleto~nata membrana. Za ovie receptori e karakteristi~en ekstracelularniot region koj e bogat so leucin (LRR= leucin rich repeat). Denes, uspe{no se izolirani i klonirani mnogu geni koi gi kodiraat receptorite i ligandite.


330

12.11.1 Sistemin

Sisteminot e polipeptiden hormon koj se sostoi od 18 aminokiselinski

ostatoci i se sozdava vo tekot na translaciskata obrabotka na presisteminot, koj pretstavuva eden pogolem prekursor so 200 aminokiselini. Sisteminot se pojavuva kako hemiski signal vo povredenite listovi na domat. Po povredata na listot od strana na herbivornite insekti, vo drugite oddale~eni listovi se inducira sinteza na edna inhibitorna supstancija koja go blokira dejstvoto na proteinazite, enzimi vo crevniot trakt od insektite neophodni za varewe na hranata. Pritoa, insektite izumiraat, a rastenieto e za{titeno od natamo{nite napadi od insekti. Inhibitorot mora da pomine odreden pat pome|u dvata listovi za da se klasificira po definicija kako hormonalna supstancija.

Pearce i sor., (1991) napravile okolu 40 iljadi testovi, koga na mladi rastenija od domat aplicirale razli~ni frakcii od povredeni listovi. Taka, od okolu 30 kg listovi bile izolirani nekolku mikrogrami na supstancija so polipeptidna struktura. Ovaa supstancija se dvièla preku floemot i bila aktivna vo koncentracija od 10-15 do 10-12 mol, a go dobila imeto sistemin poradi toa {to

predizvikuva sistemska rezistencija kaj rastenijata kon insektite. Isto taka, bil izoliran i genot koj go kodira prosisteminot. Koga toj gen bil vnesen vo sprotivna nasoka (antisense) vo genomot na domatot, rastenijata formirale komplementarna (antisense) mRNA za prosistemin i nemale mo`nost da se branat preku sinteza na proteinazata. Od kletkite na listot e izoliran i receptorot za prosisteminot, {to ovozmoùva celosno prou~uvawe na sistemot za za{tita na rastenijata. Kaj rastenijata se otkrieni i drugi supstancii so sli~na funkcija kako sisteminot, poznati kako sistemini. Tie moàt da se definiraat kako polipeptidni hormoni, koi ovozmoùvaat komunikacija pome|u rastitelnite organi. 12.11.2 Kompleks CLAVATA

Proteinite i polipeptidite koi pripa|aat vo kompleksot CLAVATA se izolirani od istoimenite mutanti na A. thaliana (Fletcher i sor., 1999). Fenotipot na mutantite se karakterizira so pro{iruvawe na apikalniot meristem od stebloto, kako rezultat na promeni vo zonata na delba i diferencirawe na kletkite, a imeto go dobil spored latinskata pridavka clavatus (=pro{iren). Denes, se izolirani tri mutirani geni CLV1, CLV2 i CLV3. Proteinot CLV1 ima uloga na receptorna kinaza, a se nao|a vo nediferenciranite kletki od apikalniot meristem (L3 slojot). Ekstracelularniot domen na ovoj protein e bogat so leucin, a kinaznoto dejstvo vo kletkata se sostoi vo fosforilacija i aktivacija na drugite enzimi, najverojatno na MAP kinazite koi u~estvuvaat vo kleto~nata delba. CLV2 e receptoren protein, koj gradi heterodimer so CLV1 i na toj na~in go ovozmoùva negovoto dejstvo. CLV3 e ligand koj se vrzuva za CLV1 receptorot i pritoa go aktivira (Trotochaud i sor., 1999). Polipeptidot CLV3 e pomal del od proproteinot koj sodrì 96 aminokiselini. CLV3 ne se formira vo istite meristemski kletki kako CLV1 i CLV2, tuku toj se izla~uva od kletkite od poseben domen, od kade {to patuva vo drugi kletki vo koi se nao|a receptor.

Mutantite koi nemaat aktivni CLV1, CLV2 i CLV3 geni imaat pro{iren meristem, bidej}i se akumuliraat kako nediferencirani kletki namesto da se diferenciraat vo lisni za~etoci. Spored toa, proteinite i polipeptidite na kompleksot CLAVATA vr{at koordinacija na funkciite pome|u razli~ni regioni od apikalniot meristem na stebloto.


331

12.11.3 Fitosulfokini

Fitosulfokinite α i β pretstavuvaat faktori na delba na kletkite

odgleduvani vo in vitro suspenzija. Va`no e da se napomene deka za da po~ne delbata na kletkite odgleduvani vo suspenzija potrebno e da postoi po~etna kriti~na gustina na inokulumite. Ako brojot na kletkite e pomal, nivnata delba mo`e da se stimulira so dodavawe na rastvor vo koj prethodno rastele kletkite. Vsu{nost, ovoj medium e ozna~en kako kondicioniran medium, koj za odgleduvawe na kletki vo

in vitro uslovi se upotrebuval mnogu odamna. So hemiska analiza na kondicioniraniot medium od kletkite na Asparagus

officinalis otkrieni se dve supstancii poznati kako sulfokini, koi ja stimuliraat delbata na kletkite (Matsubayashi i Sakagami, 1996). Sulfokin α e pentapeptid koj se sostoi od tirozin-izoleucin-tirozin-treonin-glutamin. Vo ovoj slu~aj, dvata tirozini se sulfurilirani. Sulfokin β e tetrapeptid koj od prethodniot se razlikuva samo po otsustvoto na glutaminot. Dvata sulfokini se dobivaat od prekursor koj ima 22 aminokiselini, a se formiraat vo prisustvo na hormonite auksini i citokinini. Izoliranite sulfokini od Asparagus i oriz ja stimuliraat delbata na kletkite kaj dikotiledonite rastenija, kako {to e morkovot kade {to ja intenziviraat somatskata embriogeneza. 12.11.4 ENOD40 Pri simbioza na bakteriite od rodot Rhizobium so korenot od leguminoznite rastenija bila stimulirana delbata na kletkite od parenhimot na korata, nasproti ksilemskite plo~i. Vo pericklot na korenot, infekcijata so bakteriite ja inducira aktivnosta na t.n. rani geni potrebni za nodulacija (= early nodulation genes). Me|u niv se vbrojuva ENOD40 genot, ~ij proizvod go stimulira brojot i rasteweto na nodulite. ENOD40 polipeptidot na sojata, koj se formira pred vidlivata pojava na nodulite poseduva 12 aminokiselini, a negovite homolozi se pronajdeni i vo lucerkata, gra{okot, kako i vo tutunot kade {to ne formira simbiotski noduli (grut~iwa-bradavici). Spored toa, polipeptidite koi se sli~ni na ENOD40 polipeptidot imaat po{iroka funkcija vo stimuliraweto na kleto~nata delba vo odredeni regioni na rastitelnite tkiva.

12. fitohormoni i regulatori na rasteweto

Documents