bÜyÜme hormonlari: oksİn, gİberrellİn ve...

BÜYÜME

HORMONLARI:

OKSİN,

GİBERRELLİN VE

SİTOKİNİN

Büyüme, gelişme ve farklılaşma

Morfogenez

Çevresel ve bitkisel faktörler-uyartıların taşınması

Sachs’ın deneyleri

Fitohormonlar (içsel ve dışsal hormonlar)

Hormon tanımı

Sentetik hormonlar

Büyüme düzenleyicileri veya regülatörleri

Oksinler, giberellinler, sitokininler,

Etilen ve absisik asit

Brassinosteroidler, poliaminler, jasmonik asit, salisilik asit

HORMONLARA GENEL BAKIŞ

Hormon

Öncül

maddeleri

Biyosentez yerleri Taşınım

şekilleri

Fizyolojik Etkileri

Oksin Triptofan Büyüyen tohumlar,

genç yapraklar ve

yaprak

primordiyumları

Hücreden

hücreye

polar

taşınımla

aktarılırlar

Meyve gelişiminin uyarılması, çiçeklenme

uyarılması (ananas) veya inhibisyonu, etilen

sentezinin uyarılması, apikal dominansi

devamı, tropizma cevapları, vasküler doku

farklılaşmasının uyarılması, adventif kök

uyarımı, yaprak ve meyve absisyonunun

inhibisyonu

Sitokinin Adenin ve fenil

üre türevleri

Kök uçları Kökten

gövdeye

ksilemle

taşınırlar

Hücre bölünmesinin ve doku kültürlerinde

kök oluşumunun uyarılması, yaprak

senesensinin geçiktirilmesi, apikal

dominansinin çözülmesi

Giberellin Mevalonik asit Büyüyen tohumların

ve gövdenin genç

dokularında, kökte

sentezlenip

sentezlenmediği

bilinmemektedir

Ksilem ve

floemle

taşınırlar

Hücre bölünmesi ve uzamasını uyararak

gövdede aşırı bir uzama sağlar. Cüce

bitkilerin aşırı uzaması ve tohum

çimlenmesinin uyarılması, iki yıllık ve uzun

gün bitkilerinde çiçeklenmenin uyarılması,

Hububatlarda tohum enzimlerinin

üretiminin kontrolü

Etilen Metiyonin Stres altındaki,

senesens ve

olgunlaşan dokular

Difüzyon ile

taşınırlar

Meyvelerin olgunlaşması, yaprak ve çiçek

senesensi, yaprak ve meyve absisyonunun

uyarılması

Absisik asit Mevalonik asit Olgun yapraklar ve

özellikle su stresli

dokular, tohumlar

Yapraklard

an diğer

organlara

floemle

taşınırlar

Stoma kapanması, yapraklardan büyüyen

tohumlara fotosentetik ürün taşınımının ve

embriyogenezin uyarılması, tohumlarda

depo proteinlerin sentezinin uyarılması,

belirli türlerde tohum ve tomurcuk

dormansilerinin devam ettirilmesi veya

uyarılması

• Hormon reseptörleri

• Protein, peptid, aminoasit türevi, steroid

• Molekük ağırlığı

• Somatotropin 191 aa (25000 Da), epinefrin 183

Da

• Etilen 28 Da, Giberellik asit 346 Da

• Düşük konsantrasyon

• Taşınım

BİTKİSEL VE HAYVANSAL

HORMONLAR

• Sinyalin alınması-reseptörler

• Plazma zarı, tonoplast, ER, nükleus

• Protein kinaz ve protein fosfatazlar

• Transkripsiyon faktörleri-fosforilasyon

HORMONLAR VE SİNYAL İLETİMİ

OKSİNLER

Charles Darwin, Boysen-Jensen, Paal

Went deneyleri

AUXINE = BÜYÜME

OKSİNLERİN BİTKİLERDE

DAĞILIMI VE OKSİN TİPLERİ

• Gelişmiş bitkiler, mantarlar ve bakteriler

• Kök ve gövde uçları, kambiyal dokular, meyve,

çiçek, yaprak meristemleri

• Taşınım

• Indol-3-asetik asit (IAA)

• IAA = Indol halkası + asetik asit yan zinciri

Tabii Oksinler

Sentetik Oksinler

Indol-3- asetik asit (IAA)

Indol-3-bütirik asit (IBA)

4-Kloroindol-3-asetik asit (4 Cl-

IAA)

Fenil asetik asit (FAA)

2-4-Diklorofenoksi asetik asit (2,4-D)

-Naftalenasetik asit (-NAA)

2-Metoksi-3,6-diklorobenzoik asit (Di

kamba)

2,4,5-Triklorofenoksiasetik asit (2,4,5,-T)

N,N-Dimetiletilthiokarbamat

N,N-dimetiletiltiokarbamat

• Herbisit

• Antioksinler

BAĞLI (KONJUGE) VE SERBEST

OKSİNLER

• IAA esterleri: Glukoz, miyoinositol

• Glukanlar, glukoproteinler

• Bağlanma = İnaktivasyon

• Oksin homeostatisi

• Taşınma

• Bozulmaya karşı korunma

• Depolanma

OKSİN KONSANTRASYONUNUN

BELİRLENMESİ

1- Avena koleoptil kıvrılma testi: 0,02-0,2 mg/L

2- Koleoptil büyüme testi:

3- Analitik teknikler: 10-12 g, TLC, HPLC, GC, MS

4- Immünolojik analizler: 10-9 g (=1 ng)

5- Radyolojik yöntemler: 2H veya 15N

OKSİNLERİN TAŞINMASI

• Aktif ve pasif taşınım

• Kök ve gövdede lateral ve longitüdinal

• Gövde ucu, kökler

• Işık ve yerçekimi

• Gelişim evresi, doku ve organ tipi

1- Tek yönlü polar taşınım: ENERJİ

2- Polar olmayan pasif taşınım: FLOEM

- Koleoptil veya gövdede BAZİPETAL ↓

- Köklerde AKROPETAL ↓

- Yerçekimi etkisi yok

- Solunum inhibitörleri

- Bazipetal taşınım daha baskın

- Endosperm-koleoptil ucu

POLAR OKSİN TAŞINIMININ

DÜZENLENMESİ

Apoplastik asidifikasyon

Kök ve gövdede kambiyum ve genç floem

Yerçekimi

Flavonoidler

AUX1 geni

Oksin – proton simportu – hücreye giriş

PIN1 ve PIN2 geni – hücreden çıkış

ABCB genleri

Naftilfitalamik asit (NPA), 2,3,5 triiyodobenzoik asit (TIBA), 2-karboksifenil-3-fenilpropan-1,3-dion (CPD)→Çıkış inhibitörü

Naftoksiasetik asit (NOA) → giriş inhibitörü

OKSİN BİYOSENTEZİ

1

1: Triptofan aminotransferaz

2: Indolpürivat dekarboksilaz

3: NAD indolasetaldehit

dehidrogenaz veya

indolasetaldehit oksidaz

2 3

OKSİNLERİN OKSİDASYONU • Peroksidaz (POD) grubu enzimler

• Serbest IAA 1/α Peroksidaz aktivitesi

• Fotooksidasyon

• Riboflavin

• Oksindol-3-asetik asit ve 3-metilenoksindol

OH

POD

CO2

O oksindol-3-asetik asit

3-metilen oksindol

FARKLI DOKULARIN OKSİNE

VERDİKLERİ CEVAPLAR

• Hücre uzaması ve genişlemesi

• Fizyolojik aralık 10-11-10-4 M

• Köklerde 10-9-10-7 M

• Köklerde 10-6-10-4 M

• Gövdede 2x10-5 M

• ETİLEN

OKSİNLERİN FİZYOLOJİK ETKİLERİ

1- Hücre seviyesinde

- Genişleme

- Hücre bölünmesi

- Su alınımı

- Sitoplazmik hareketler

3- Organ seviyesinde

- Meyve büyümesi ve

absisyonu

- Ovaryum gelişimi

- Köklenme, kök uzaması

- Apikal dominansi

- Yaprak genişlemesi

- Yaprak absisyonu

- Gövde uzaması

2- Doku seviyesinde

- Vasküler farklılaşma

- Organ ve doku yaşı

- Oksin konsantrasyonu

- Oksin tipi

- Diğer hormonlarla ilişkisi

- Dokunun durumu

OKSİNLER-ÇEPER GENİŞLEMESİ

Plazma

membranı

Hücre çeperi

SİTOPLAZMA

Oksin

uyarısı HÜCRE ÇEPERİ

Aktiv

asyon

Ekspansin

Selüloz

molekülü

OKSİNLER-KÖK VE YAPRAK

BÜYÜMESİ

• Çeper asidifikasyonu

• Oksin etilen etkileşimi

• Etilen inhibitörleri

• Yaprak damarlarının büyümesi

OKSİN-LATERAL TOMURCUK BÜYÜMESİ

• Apikal dominansinin devamı

• Thimann ve Skoog (1934)-oksin

konsantrasyonu

• Gövde büyümesi – Tomurcuklarda inhibisyon

• Gövde ucunun koparılması-Lateral

tomurcuklarda oksin artışı

• Gövde ucunun koparılması-Lateral

tomurcuklarda ABA azalması

OKSİNLER-LATERAL KÖK OLUŞUMU

• 10-6 M, primer ve

• lateral kökler

• Perisikl

• Oksin-hücre

bölünmesi

• Kesme, yaralanma

• Arabidopsis’in alf

mutantları

OKSİNLER-MEYVE GELİŞİMİ

• Meyve büyümesi-polenlerdeki oksinler

• Tohumlar

• Partenokarpik meyve oluşumu

• Oksin-etilen etkileşimi

1) Oksinler akenlerde

üretilir.

2) Oksinler taşınabilir.

3) Oksin, reseptakulum

dokusunda hücre

genişlemesi ve

büyümesini başlatır.

OKSİNLER-YAPRAK ABSİSYONU

• Yaprak, çiçek ve meyve absisyonu

• IAA’nun uygulanma zamanı

• Yaprak-yaşlanma-oksin azalır-senesens-

absisyon

• Tozlaşma-döllenme-oksin üretimi-absisyon yok

• Döllenme yok-etilen artışı-absisyon

OKSİNLERİN TİCARİ KULLANIMI

• Köklendirme

• Ananasta çiçeklenmeyi uyarma

• Meyve ve yaprak absisyonunu önleme

• Partenokarpi

• Meyve seyrekleştirme

• Herbisit

• Sentetik ve doğal oksinlerin etki derecesi

OKSİNLERİN ETKİ MEKANİZMASI

• Epidermis

• Bekleme periyodu

• Kararlı periyot

• Siyanit ve azid inhibisyonu

• Protein sentez inhibitörleri

OKSİNLER- GEN EKSPRESYONU

• AUX/IAA ve SCFTIR-reseptörler

• ARF (auxine response factor)-transkripsiyon

faktörleri

• Oksin yoksa;

• AUX/IAA + ARF → OKsin genlerinin

inhibisyonu

OKSİN

SCFTIR

AUX/IAA

ARF

AUX/IAA ARF PARÇALANMA

AuxRe (oksin cevap elementi) DNA

ARF

Gen ekspresyonu

GELİŞİMSEL

CEVAPLAR

• ABP1 (auxine binding protein) – oksin reseptörü

• Fosfolipaz A2

• AUX/IAA, SAUR ve GH3-erken cevap genleri

• Glutatyon-S-transferaz – geç cevap genleri

GİBERELLİNLER

1950

Kimyasal yapı belli

Biyolojik aktivite????

Boyuna büyüme (uzama)

Cücelik genleri

GİBERELLİNLERİN AKTİVİTESİ

Hidroksil (OH) gruplarının yerleşimi

GA1, GA3, GA19, GA4, GA7

GA1, dönüşüm ve cücelik

Cüce bitkilerde GA20

Aktivite olarak GA1 > GA20

GA3 mantarlarda

Giberellinler-glukoz (COOH grubu; giberellin glukozitleri)

Giberellinler-glukoz (OH grubu; giberellin-glikosil esteri)

Giberellin glukozidleri inaktif – DEPO??

ent-giberellan iskeleti GA3

GA1 (19-C) GA20 (19-C)

GA37 (20-C) GA27 (20-C)

GİBERELLİNLERİN KEŞFİ

Ascomycetes, Giberella fujikuroi

Bakanea (aptal fide) hastalığı

1930’da kristal formda izolasyon→giberellin A1

Karboksilik asit

Giberellin A3 (GA3)

Cüce, rozet formunda ve uzun bitkiler

Tohumlar

GAx

GİBERELLİNLERİN HAREKETİ

Ksilem ve floem

Taşınım genç dokulara doğru

Çimlenen tahıl tohumlarındaki hareket

Skutellum → Alevron tabakası

GİBERELLİNLERİN BİYOSENTEZİ

İzopren birimleri

4 izoprenoid birimi, 20 C’li terpenoidler

GA12-aldehit → ÖNCÜ MADDE

Hidroksilasyon ve oksidasyon

19 C’li giberellinler

Sentez-enzimatik reaksiyonlar

Tohumlar (10-100 mg/g)

Genç yapraklar, tomurcuklar

Sentez ve aktivasyon yerleri

Plastid

Endoplazmik retikulum

Sitosol

Giberellinlerin Tayini

• UV ışınlarını absorbe etmezler

• Floresans özellikleri yok

• Kağıt kromatografisi

• İnce tabaka kromatografisi

• HPLC, GC, MS

• Reseptörler

• İmmünolojik analizler

BİYOLOJİK ANALİZLER

1- Marul hipokotil uzama testi

2- Cüce pirinç mikrodamla testi

3- Hububat tohumlarında -amilaz testi

GİBERELLİNLERİN

FİZYOLOJİK ETKİLERİ

1- Gövde uzaması

- Le ve le genleri

- Normal bitkilerde GA1 fazla

- Le geni: GA20 → GA1

2- Cüce bitkilerde boy uzaması

Şekil 1. (A) Cüce mutant (-GA1); (B) Cüce mutant (+GA1); (C) Normal genotip (-GA1) ve

(D) Normal genotip (+GA1).

A

B

C D

• GA-uzama-açık yeşil-ince gövde-küçük yaprak

• GA-20-oksidaz, GA-3-oksidaz

• GA-2-oksidaz

• Işık-sıcaklık

• GA-absisik asit (ABA)

3- Uzun gün bitkilerinde boy uzaması

- Aydınlıkta gövde uzaması yavaş, GA1 fazla

- Aydınlık-GA duyarlılığı

- Çiçeklenme için uzun gün

- Kısa gün, GA20 GA19

- Uzun gün GA20 GA19

- Uzun gün koşullarında GA19 → GA20

4- Gençleşmeyi uyarır

- Odunlu çok yıllık bitki

- Hedera helix → GA3 gençleşme

- Koniferlerde → GA4 + GA7 → generatif

evreye geçiş ve üreme

5-Çiçeklenmeyi uyarır

• Marul, ıspanak

6- Vernalizasyon

• Çiçeklenme uyarısı

• Kışlık bitkiler

• İki yıllık bitkiler

7- Erkek çiçek oluşumu

• Erkek çiçek oluşumu

• Polen gelişimi

• GA-GAMYB transkripsiyon faktörleri

• gamyb mutantları-küçük ve polensiz çiçek

8- Meyve oluşumu ve büyümesi

OKSİN-GİBERELLİN

ETKİLEŞİMİ

• Sentez uyarımı

• Oksin-GA3oks transkripsiyonu

• Oksin-GA2oks inhibisyonu

9- Sel stresi ve gövde uzaması

• Çeltik

• DELLA proteinleri-GA duyarlılığını azaltır

10- Hücre bölünmesi ve uzaması

• GA-Hücre sayısı ve boyutları artar

• Subapikal meristemler

• Sikline bağımlı protein kinazlar (CDP)

• G1-S ve G2-M

• Çeper yumuşaması ve su alınımı

• GA-oksinler-çeper asidifikasyonu??????

• Ksiloglukan endotransglikosilaz/hidrolaz

• Çeper yumuşatıcı enzim

• GA-XETH genlerinin uyarılması

• GA- Ca+2 miktarı

• GA-çeper sentezinin uyarılması

• Peroksidaz inhibisyonu

11- Çimlenmeyi uyarır

• Stratifikasyon

• Işık-GA20 → GA1 dönüşümü-çimlenme

• Işık- GA-GA3ox geninin uyarılması

GA3

GA7

-amilaz

GA-reseptör-DELLA proteinlerinin bozulması-

GAMYB ekspresyonu-α-amilazın transkripsiyonu-

Ca+2 birikimi-α-amilazın endosperme taşınması

Giberellinlerin moleküler etki

mekanizması

• GID1 proteinleri-GA reseptörü

• GA yoksa DELLA proteinleri GAMYB

ekspresyonunu önler

• GA varsa;

GA+GID1+DELLA-GAMYB geni aktifleşir-GA

cevabı oluşur

Giberellinlerin Ticari Kullanımları

1- Meyve üretimi

2- Arpanın maltlaşması

3- Şeker kamışı verimi

4- Bitki ıslahı: Koniferler

5- Giberellin sentez inhibitörleri

SİTOKİNİNLER

Bitki hücrelerinde bölünmenin uyarılması

Kesik organlarda senesensin geciktirilmesi

Kotiledon genişlemesi

Kloroplast olgunlaşması

Besin maddelerinin taşınması

Morfogenez

SİTOKİNİNLERİN KEŞFİ

Domates suyu, maya ekstraktları

Hindistan cevizi sütü

Olgun ve farklılaşmış hücrelerde bölünme

Kallus oluşumu

KİNETİNİN KEŞFİ

F. Skoog (1945-1955)

İletim dokusu + öz dokusu + oksin→BÖLÜNME

Vasküler doku yoksa bölünme yok

Adenin, nükleik asitler

Otoklav edilmiş ringa balığı sperm DNA’sı

6-furfurilaminopürin (kinetin)

Kinetin=yapay sitokinin

ZEATİNİN KEŞFİ

Olgun olmayan mısır tohumu ekstraktları

Zeatin=doğal sitokinin

6-AMİNOPÜRİN TÜREVİ

Pürin + riboz → zeatin ribosit

Pürin + fosforik asit → zeatin ribotid

Pürin + glukoz → zeatin glukosid

Benzil aminopürin (BAP) → sentetik sitokinin

SİTOKİNİNLERİN BELİRLENMESİ

HPLC

Kütle spektroskopisi

İmmünolojik metodlar

Gaz kromatografisi

Biyolojik analizler

- Genişleme testleri

- Senesensin geciktirilmesi

SİTOKİNİNLERİN HÜCREDE BULUNMA

ŞEKİLLERİ

Serbest sitokininler

Bağlı sitokininler

Yüksek bitkilerde zeatin, dihidrozeatin ve

izopentil adenin

t-RNA

SİTOKİNİNLERİN DAĞILIMI

Kök uçları, büyüyen meyveler, çimlenen tohumlar, embriyo

Kök nodülleri (bakteri+bitki)

Ksilem ve floem sıvısında

Genç yapraklarda

Dormansi-sitokinin miktarı

Yaprak yaşı

Bakteri, mantar, algler, kara yosunları, eğreltiler, açık ve kapalı tohumlular

Kök nematodları

SİTOKİNİNLERİN TAŞINIMI

Kök apikal meristemleri

Köklerden yapraklara pasif taşınım

Transpirasyon akımı

Ksilem sıvısı

Su stresi

Nükleotid???

Zeatin ribosit

Sitokinin üretimi

• Kültüre alınmış hücreler

• Kallus oluşumu

• Alt kültür-oksin ve sitokinin üretimi

tümör dokusu Kültür ortamı ÇOĞALMA

• Ti plazmidi+bitki genomu

• Oksin ve zeatin genleri

• Trp→oksin dönüşümü

SİTOKİNİNLERİN BİYOSENTEZİ

Serbest sentez

t-RNA’ya bağlı sentez

Sitokinin sentaz-kloroplastlar

SİTOKİNİNLERİN FİZYOLOJİK ETKİLERİ

1- Hücre genişlemesi

- Kotiledonlar

- Çeper asidifikasyonu yok

2- Hücre siklusunun kontrolü

G1-S-G2-M

G1-sitoplazmik kütle artışı

S-DNA replikasyonu

Oksin+sitokinin-hücre bölünmesi

Oksin ve sitokinin yoksa, G1 veya G2’de

durur

3- Morfogenez

4- Senesensin geciktirilmesi ve besinlerin

hareketi

5- Lateral tomurcuk üzerindeki etkisi

• Sitokinin/Oksin yüksekse tomurcuk gelişimi

• Eksojen sitokinin-tomurcuk gelişimi

• Apikal dominansi

6- Nodül oluşumu

• Sitokinin-nodülin genlerinin aktivasyonu

7- Kök ve sürgünlerde hücre bölünmesi

• KNOX genleri-IPT genleri-sitokinin sentezi

• KNOX genleri-GA20oks genleri-sitokinin/GA

oranı yüksek- yaprak primordiyumlarına

dönüşüm engellenir

Sitokininler-kök ve gövde apikal

meristemleri

• Köklerde vasküler doku farklılaşması

• Sitokinin yüksek-farklılaşma hızlı-büyüme

yavaş

• Sitokinin az-farklılaşma yavaş-büyüme hızlı

Sitokininlerin moleküler etki

mekanizması

• AHK2 ve AHK3 genleri-reseptör proteinleri

• ARR genleri (Arabidopsis response regulator)

• LHCB ve SSU genleri-ışıkla regüle edilir

• Nitrat redüktaz geni

• Sitokrom P450 geni

• Peroksidaz genleri

• Savunma genleri

• AHP geni (Arabidopsis histidin fosfotrenfer)

• Sitokinin+CRE1→B tipi ARR proteinlerin aktivasyonu →A tipi genlerin aktivasyonu