czynniki środowiskowe wpływające na rozwój roślin ... · np. rośliny jednoroczne tolerancja...
TRANSCRIPT
1
Czynniki środowiskowe
wpływające na rozwój roślin.
Czynniki środowiskowe
wpływające na rozwój roślin.1
Strategie adaptacyjne.Strategie adaptacyjne.2
Genetyczne uwarunkowanie
odporności na stres.
Genetyczne uwarunkowanie
odporności na stres.3
2
Czynniki środowiskowe wpływające
na rozwój roślin.
Czynniki środowiskowe wpływające
na rozwój roślin.
1
Co to jest stres?.Co to jest stres?.
Stresto działanie jakiegoś
czynnika środowiskowego
w takim nasileniu,
Ŝe zaburza wzrost
i rozwój organizmu
Stresto działanie jakiegoś
czynnika środowiskowego
w takim nasileniu,
Ŝe zaburza wzrost
i rozwój organizmu
Czynnik stresowy -
stresorto czynnik wywołujący
stres.
Czynnik stresowy -
stresorto czynnik wywołujący
stres.
Czynniki środowiskowe wpływające
na rozwój roślin.
Czynniki środowiskowe wpływające
na rozwój roślin.
1
Typy czynników
stresowych
Typy czynników
stresowych
BiotyczneBiotyczne AbiotyczneAbiotyczne
wirusy, bakterie
grzyby, nicienie
owady
wirusy, bakterie
grzyby, nicienie
owady
Fizyczne
chemiczne
Fizyczne
chemiczne
3
Strategie adaptacyjne.
Przystosowanie roślin do środowiska
Strategie adaptacyjne.
Przystosowanie roślin do środowiska
2
Przystosowanie organizmów
do środowiska
Przystosowanie organizmów
do środowiska
Ewolucyjnie wykształcona
zdolność do przeŜywania
niekorzystnych oddziaływań
środowiskowych
Ewolucyjnie wykształcona
zdolność do przeŜywania
niekorzystnych oddziaływań
środowiskowych
Strategie adaptacyjne.
Sposoby przystosowanie roślin do środowiska
Strategie adaptacyjne.
Sposoby przystosowanie roślin do środowiska
2
Ucieczka od warunków
stresowych
Ucieczka od warunków
stresowych
np. rośliny jednorocznenp. rośliny jednoroczne
Tolerancja Tolerancja
Unikanie stresu Unikanie stresu
np. rośliny CAMnp. rośliny CAM
4
Strategie adaptacyjne.
Unikanie stresu wywołanego czynnikiem
chemicznym
Strategie adaptacyjne.
Unikanie stresu wywołanego czynnikiem
chemicznym
2
Neutralizacja poprzez wydzielanie
substancji do gleby
Neutralizacja poprzez wydzielanie
substancji do gleby A
Zablokowanie pobierania Zablokowanie pobierania B
Ograniczenie przemieszczania Ograniczenie przemieszczania C
Tworzenie złogów Tworzenie złogów D
Strategie adaptacyjne.
Tolerancja
Strategie adaptacyjne.
Tolerancja
2
Zdolność protoplastu do zachowania
integralności funkcjonalnej i strukturalnej
podczas działania stresu i po jego
ustąpieniu.
Zdolność protoplastu do zachowania
integralności funkcjonalnej i strukturalnej
podczas działania stresu i po jego
ustąpieniu.
A
B Zdolność do niezakłóconego rozwoju w
warunkach stresowych.
Zdolność do niezakłóconego rozwoju w
warunkach stresowych.
5
Strategie adaptacyjne.
Tolerancja
Strategie adaptacyjne.
Tolerancja
2
W warunkach stresowych, nietypowych dla
środowiska naturalnego, roślina uruchamia
dodatkowe procesy, które pozwalają jej
przetrwać i stanowią swoistą reakcję
alarmową.
W warunkach stresowych, nietypowych dla
środowiska naturalnego, roślina uruchamia
dodatkowe procesy, które pozwalają jej
przetrwać i stanowią swoistą reakcję
alarmową.
Mechanizmy dodatkowe wykształciły się
podczas ewolucji, ale w przeciwieństwie do
przystosowania typowego dla gatunku, w
populacji obserwuje się polimorfizm pod
względem stopnia odporności.
Mechanizmy dodatkowe wykształciły się
podczas ewolucji, ale w przeciwieństwie do
przystosowania typowego dla gatunku, w
populacji obserwuje się polimorfizm pod
względem stopnia odporności.
Strategie adaptacyjne.
Tolerancja - adaptacje biochemiczne
Strategie adaptacyjne.
Tolerancja - adaptacje biochemiczne
2
Typ stresu Typ stresu Przykład Przykład Działanie Działanie
OsmotycznyOsmotyczny
Aminokwasy (prolina)
Poliole (mannitol)
Cukry (sacharoza,
treehaloza)
Aminokwasy (prolina)
Poliole (mannitol)
Cukry (sacharoza,
treehaloza)
Utrzymanie
równowagi
osmotycznej
Utrzymanie
równowagi
osmotycznej
SuszaSusza Nieenzymatyczne
(mocznik, glicerol)
Nieenzymatyczne
(mocznik, glicerol)Regulacja aparatów
szparkowych
Regulacja aparatów
szparkowych
Wysoka temperaturaWysoka temperatura Białka szoku
termicznego
Białka szoku
termicznegoOchrona struktury
białek
Ochrona struktury
białek
Niska temperaturaNiska temperaturaEnzym - dezaturaza
kwasów tłuszczowych
Enzym - dezaturaza
kwasów tłuszczowych
ObniŜenie
temperatury
zamarzania
ObniŜenie
temperatury
zamarzania
Wolne rodnikiWolne rodnikiEnzymy: PX, SOD, CAT
Inne: karoten, antocjan
Enzymy: PX, SOD, CAT
Inne: karoten, antocjanDetoksykacjaDetoksykacja
Metale cięŜkieMetale cięŜkie Fitochelatyny,
Kwasy organiczne
Fitochelatyny,
Kwasy organiczneTworzenie
kompleksów
Tworzenie
kompleksów
6
Ogólny mechanizm odporności na stresOgólny mechanizm odporności na stres
Genetyczne uwarunkowanie odporności na stresGenetyczne uwarunkowanie odporności na stres3
Mechanizmy reagowania na stres są
róŜnorodne i uwarunkowane wieloma
genami.
Mechanizmy reagowania na stres są
róŜnorodne i uwarunkowane wieloma
genami.
Podstawowym elementem odpowiedzi na
stres jest zmiana ekspresji genów.
Podstawowym elementem odpowiedzi na
stres jest zmiana ekspresji genów.
Podstawowym mechanizmem odpowiedzi na
stres jest produkcja specyficznych białek
zwanych stresowymi lub obronnymi
Podstawowym mechanizmem odpowiedzi na
stres jest produkcja specyficznych białek
zwanych stresowymi lub obronnymi
Białka stresowe - opiekuńcze
chaperony
Białka stresowe - opiekuńcze
chaperony
Syntetyzowane podczas stresu
w zwiększonej ilości
Syntetyzowane podczas stresu
w zwiększonej ilościA
Zapewniają prawidłową
konformację przestrzenną innym
białkom
Zapewniają prawidłową
konformację przestrzenną innym
białkom
B
7
ESTs indukowane podczas stresuESTs indukowane podczas stresu
Genetyczne uwarunkowanie odporności na stresGenetyczne uwarunkowanie odporności na stres3
Gatunek Gatunek Funkcja ESTs Funkcja ESTs
Geny enzymów glikolizy oraz cyklu
kwasów trójkarboksylowych
Geny enzymów glikolizy oraz cyklu
kwasów trójkarboksylowychOryza sativaOryza sativa
protoplasy, NaClprotoplasy, NaCl
Mesembryatheum crystalinum
Mesembryatheum crystalinum
NaClNaCl
15% więcej ESTs o nieznanej funkcji
niŜ u roślin rosnących w warunkach
optymalnych
15% więcej ESTs o nieznanej funkcji
niŜ u roślin rosnących w warunkach
optymalnych
ESTs związane z przemodelowaniem
proteomu
ESTs związane z przemodelowaniem
proteomu
Mniej ESTs związanych z fotosynteząMniej ESTs związanych z fotosyntezą
70% ESTs reprezentuje nowe sekwencje70% ESTs reprezentuje nowe sekwencjeTortula rulalisTortula rulalisSuszaSusza
Sekwencjonowanie ESTs
(Expression Sequence Tags)
Sekwencjonowanie ESTs
(Expression Sequence Tags)
Analiza przy pomocy mikrochipów
(microarrays)
Analiza przy pomocy mikrochipów
(microarrays)
ESTs indukowane podczas stresuESTs indukowane podczas stresu
Genetyczne uwarunkowanie odporności na stresGenetyczne uwarunkowanie odporności na stres3
Gatunek Gatunek Funkcja ESTs Funkcja ESTs
Saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces cerevisiae
1 M NaCl1 M NaCl
2-krotnie silniejsza ekspresja około
300 ORF (5%) - 2-krotnie więcej
transkryptu
2-krotnie silniejsza ekspresja około
300 ORF (5%) - 2-krotnie więcej
transkryptu
200 ORF (3%) wykazuje słabszą
ekspresję
200 ORF (3%) wykazuje słabszą
ekspresję
8
Analiza przy forward i reverse
genetics
Analiza przy forward i reverse
genetics
ESTs indukowane podczas stresuESTs indukowane podczas stresu
Genetyczne uwarunkowanie odporności na stresGenetyczne uwarunkowanie odporności na stres3
Gatunek Gatunek Funkcja ESTs Funkcja ESTs
Arabidopsis thaliana
Arabidopsis thaliana
NaClNaCl
Gen SOS3 kodujący kalcyneurynę B
odpowiada za dostarczenie jonów
potasowych podczas stresu
Gen SOS3 kodujący kalcyneurynę B
odpowiada za dostarczenie jonów
potasowych podczas stresu
Gen SOS2 kodujący kinazę białkową
aktywowaną przez AMP odpowiada
za utrzymanie równowagi sodowo-
potasowej
Gen SOS2 kodujący kinazę białkową
aktywowaną przez AMP odpowiada
za utrzymanie równowagi sodowo-
potasowej
Ogólny mechanizm odporności na stresOgólny mechanizm odporności na stres
Genetyczne uwarunkowanie odporności na stresGenetyczne uwarunkowanie odporności na stres3
Stres Stres
Reakcja
lokalna
(HR)
Reakcja
lokalna
(HR)
Indukcja
ekspresji genów
Indukcja
ekspresji genów
Białka
stresowe
Białka
stresowe
Odpowiedź
ogólna
(SAR)
Odpowiedź
ogólna
(SAR)
9
Mechanizm odporności na patogenyMechanizm odporności na patogeny
Genetyczne uwarunkowanie odporności na stresGenetyczne uwarunkowanie odporności na stres3
Odpowiedź lokalna
(Hypersensitive response - HR)
Odpowiedź lokalna
(Hypersensitive response - HR)
Uruchamiana 2-5 minut po infekcji,Uruchamiana 2-5 minut po infekcji,
Ograniczenie dalszej inwazji patogena
przez wytworzenie nekrotycznych zmian
i obumieranie komórek,,
Ograniczenie dalszej inwazji patogena
przez wytworzenie nekrotycznych zmian
i obumieranie komórek,,
Zmiany biochemiczne,Zmiany biochemiczne,
Indukcja odporności ogólnej,Indukcja odporności ogólnej,
Etapy reakcji HREtapy reakcji HR
Genetyczne uwarunkowanie odporności na stresGenetyczne uwarunkowanie odporności na stres3
Cząsteczek sygnałowych kodowanych
przez geny avr patogena
Cząsteczek sygnałowych kodowanych
przez geny avr patogena
Rozpoznanie elycytorów -Rozpoznanie elycytorów -1
Elycytory są rozpoznawane przez
akceptory kodowane przez geny R roślin
Elycytory są rozpoznawane przez
akceptory kodowane przez geny R roślin
10
Gen kodujący syringolipidyGen kodujący syringolipidy
avr1 Pseudomonas syringae pv glicyneaavr1 Pseudomonas syringae pv glicynea
Rozpoznawany przez gen Rpg4 soiRozpoznawany przez gen Rpg4 soi
Rozpoznawany przez gen R-N’ tytoniuRozpoznawany przez gen R-N’ tytoniu
Gen kodujący białko płaszcza wirusa
mozaiki tytoniu TMV
Gen kodujący białko płaszcza wirusa
mozaiki tytoniu TMV
Przykłady genów avrPrzykłady genów avrGenetyczne uwarunkowanie odporności na stresGenetyczne uwarunkowanie odporności na stres3
Przykłady genów RPrzykłady genów R
Genetyczne uwarunkowanie odporności na stresGenetyczne uwarunkowanie odporności na stres3
Gen Pto u pomidora Gen Pto u pomidora A
Koduje odporność na Pseudomonas syringaeKoduje odporność na Pseudomonas syringae
Koduje kinazęKoduje kinazę
Gen N u tytoniu Gen N u tytoniu B
Odporność na wirusa mozaiki tytoniu, TMVOdporność na wirusa mozaiki tytoniu, TMV
Gen C19Gen C19C
Odporność na Cladosporium fulvumOdporność na Cladosporium fulvum
11
Mechanizm HR - „Gene for gene”Mechanizm HR - „Gene for gene”
Genetyczne uwarunkowanie odporności na stresGenetyczne uwarunkowanie odporności na stres3
Patogen
awirulentny
geny avr
Roślina
odporna
geny R
Patogen
awirulentny
geny avr
Roślina
WraŜliwa
geny r
Patogen
wirulentny
Roślina
wraŜliwa
geny R
Patogen
wirulentny
Roślina
WraŜliwa
geny r
Etapy reakcji HREtapy reakcji HR
Genetyczne uwarunkowanie odporności na stresGenetyczne uwarunkowanie odporności na stres3
Zmiana konformacji białek ściany
komórkowej bogatych w prolinę
Zmiana konformacji białek ściany
komórkowej bogatych w prolinę
2
Zmiany biochemiczne Zmiany biochemiczne 3
Zwiększona synteza fenoli, lignin i
flawonoidów
Zwiększona synteza fenoli, lignin i
flawonoidów
Indukcja ekspresji genów kodujących
białka obronne przez kwas salicylowy
Indukcja ekspresji genów kodujących
białka obronne przez kwas salicylowy
4
Chitynazy, glukonazy, białka PRChitynazy, glukonazy, białka PR
Przemieszczenie kwasu salicylowego
floemem, indukcja ekspresji genów
związanych z odpornością SAR
Przemieszczenie kwasu salicylowego
floemem, indukcja ekspresji genów
związanych z odpornością SAR
5
12
Mechanizm odporności na patogenyMechanizm odporności na patogeny
Genetyczne uwarunkowanie odporności na stresGenetyczne uwarunkowanie odporności na stres3
Odpowiedź ogólna
(Systemic acquired resistance -
SAR)
Odpowiedź ogólna
(Systemic acquired resistance -
SAR)
Reakcja obronna poszczególnych komórek,Reakcja obronna poszczególnych komórek,
Ekspresja genów związanych z produkcją
specyficznych białek,
Ekspresja genów związanych z produkcją
specyficznych białek,
Induktorem jest kwas salicylowy,Induktorem jest kwas salicylowy,
Nadaje odporność na kilka tygodni.Nadaje odporność na kilka tygodni.
Mechanizm odporności na aluminiumMechanizm odporności na aluminium
Genetyczne uwarunkowanie odporności na stresGenetyczne uwarunkowanie odporności na stres3
13
Mechanizm odporności na aluminiumMechanizm odporności na aluminium
Genetyczne uwarunkowanie odporności na stresGenetyczne uwarunkowanie odporności na stres3
Geny podlegające transkrypcji podczas
działania Al
Geny podlegające transkrypcji podczas
działania Al
wali4 - gen liazy fenyloalaninowejwali4 - gen liazy fenyloalaninowej
Wali3wali5 - gen inhibitorów proteinazy
wali6
Wali3wali5 - gen inhibitorów proteinazy
wali6
al201 - gen peroksydazyal201 - gen peroksydazy
glc1 - gen S-transferazy glutaminianowejglc1 - gen S-transferazy glutaminianowej
al111 - gen homologa auksynyal111 - gen homologa auksyny
Mechanizm odporności na aluminiumMechanizm odporności na aluminium
Genetyczne uwarunkowanie odporności na stresGenetyczne uwarunkowanie odporności na stres3
Zmiana ekspresji genu War u 2 odmian
pszenicy pod wpływem Al
Zmiana ekspresji genu War u 2 odmian
pszenicy pod wpływem Al
14
Www.uwm.edu.pl/katgenbiol
plik: stresy.pdf
1. Co to jest stres? Rodzaje czynników stresowych
2. Co to jest odpowiedź lokalna i odporność ogólna.
3. Etapy reakcji HR
4. Hipoteza „gene for gene”
5. Przykłady genów R i avr.6. Co to są białka opiekuńcze
1. Co to jest stres? Rodzaje czynników stresowych
2. Co to jest odpowiedź lokalna i odporność ogólna.
3. Etapy reakcji HR
4. Hipoteza „gene for gene”
5. Przykłady genów R i avr.6. Co to są białka opiekuńcze
Zagadnienia egzaminacyjneZagadnienia egzaminacyjne