bÜyÜme hormonlari: oksİn, gİberrellİn ve...
TRANSCRIPT
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