transport látek xylémem/floémem

Transport látek xylémem/floémem

Transportéry

Sacharózové transportérySacharózové transportéry (SUC, SUT (např. (SUC, SUT (např. AtSUC1, HvSUT4 AtSUC1, HvSUT4 ))

Účastní se také výměny látek při symbióze (mykorhiza, Rhizobium), ale i při napadení patogenem.

Směr transportu sacharózy může být pravděpodobně měněn a závisí na sacharózovém gradientu, pH a transmembránovém potenciálu.

Definitivní důkaz účasti transportéru při nakládání do floému: SUT1 u bramboru v antisence orientaci (také u Arabidopsis a tabáku)

Transportéry a jejich role u Transportéry a jejich role u „„mix/apoplastic mix/apoplastic loaders/unloaders “loaders/unloaders “

Blokování transportu z listů zvýšení konc. sacharózy a škrobu v listech - omezení růstu, chlorotické léze, menší semena, časná senescence

• Nakládání do floému, vykládání do určitých sinků (svěrací buňky, vyvíjející se pylová zrna, vyvíjející se embrya /semena, na sacharidy bohaté plody… )

Exprese ve zdrojových listech, většina v sincích, exprese některých genů vázaná pouze na určité pletivo (např. NtSUT3 jen v pylu a pylových láčkách)

Kühn et al., 2003

Kühn a Grof, 2010

Fylogenetický strom sacharózových transportérů

jedno a dvouděložné


dvouděložné

jednoděložné

jednoděložné

4

1

5

3

2 jednoděložné

dvouděložné

jedno- i dvouděložné

Sauer, 2007, Payyavula et al., 2011

Transport sacharózy- kotransport s H+

Kühn a Grof, 2010

Fylogenetický strom sacharózových transportérů



dvouděložné

jednoděložné

jednoděložné

4

1

5

3

2

Sauer, 2007

Transport sacharózy- kotransport s H+

Malé rodiny SUT: (Arabidopsis 9 genů – dva pseudogeny,, 7 transportéry, podle podobnosti spadají do tří subrodin, rýže 5 genů )

Subrodina 1Subrodina 1:: dvouděložné - vysoká afinita, - exprese v CC nebo SE buňkách (AtSUC1, AtSUC2, AtSUC5, AtSUC8, AtSUC9,)

Subrodina 3Subrodina 3:: jednoděložné - vysoká afinita, exprese v CC nebo SE buňkách

Subrodina 5:Subrodina 5: jen necharakterizované transportéry jednoděložných

Subrodina 2 Subrodina 2

Subrodina 4:Subrodina 4:

jednoděložné dvouděložné

nižší afinita

prodloužená centrální smyčka, lokalizace do CC a SE zdroje ve vegetativních sincích

Vakuoly, plasmalema ?

( AtSUT2)

Některé SUT nejsou specifické pro transport sacharózy, transportují také např. maltózu, turanózu, některé glukosidy, nebo i syntetické deriváty jako sukralóza – chlorovaná sacharóza, ne rafinózu

Otázka ???Otázka ??? Jak je transportována sacharóza do vakuoly ???

Všechny dosud charakterizované … H+ sympotréry se stechiometrií 1:1

rodina transportérů SWEETrodina transportérů SWEETUsnadněná difúze, 7 transmembránových domén.. (A. thalina 17 genů)

AtSUT2 senzor ?

AtSUC 2 AtSUC4

( AtSUT4)

Kühn a Grof, 2010; Schneider et al., 2012; Doidy et al., 2012; Doidy et al., 2012

Regulace SUT/SUC

Sacharózový transport přísně regulován

Regulace s vývojem listu : mladý list 0 exprese, vývoj listu exprese (vodivá pletiva), začíná v listových špičkách – pokračuje k bázi. Neúplná vazba na vývoj vodivého pletiva – zastínění - 0 exprese.

Regulace exprese pod kontrolou přísunu asimilátů z MC

Aktivita nepřímo úměrná turgorovému tlaku v SE

Za sucha -- pokles tlaku… aktivity transportérů… stabilizace tlakového gradientu

Při nedostatečném přísunu asimilátů pokles tlaku kompenzován akumulací iontů

Transportéry

regulace vnějšími podmínkami – teplotou, světelnými podmínkami, fotoperiodou, stresem, napadením patogenem..

Předpokládá se regulace fytohormony (ABA), ale ale mechanizmus ???mechanizmus ???

Mechanismy regulace SUT/SUC

fosforylace proteinu (AtSuc 5; AtSUC1)

redox-regulace – cílení a dimerizace při oxidativním prostředí- zvýšení aktivity (StSUT1, LeSUT1)

regulace na posttranskripční úrovni- regulace pomocí miRNA (u všech At SUT s výjimkou At SUT2 a AtSUT4)

regulace interakcí protein-protein (interakce s proteiny v membráně, ale i v ER)

regulace exprese

Regulační role StSUT4 .. (ovlivnění kvetení a tuberizace)

Kühn and Grof, 2010

Transport StSUT1mRNA/SUT1 do SE

Předpoklad : transport SUT do SE je předmětem regulace

SUT1 mRNA několika druhů nalezena ve floémové tekutině ??? Mobilní signál ??

Př.: Regulace kvetení a tuberizace u bramboru

Chincinska et al., 2008

StSUT4 působí -

Přes StSUT1 na export sacharózy z listů

Přes COL3 na syntézu mobilního signálu FT

Přes ovlivnění syntézy giberelinů

Hexózové transportéryHexózové transportéry

Arabidopsis :

MST transportéry- genová rodina o 53 členech !

Monosacharidové transportéry Arabidopsis

Transportéry

Dvě genové rodiny: rodina monosacharidových (MST) transportérů

Hexózové transportéry se většinou přímo transportu na dlouhou vzdálenost neúčastní ALE!!! Nepřímo jej výrazně ovlivňují

Thompson, 2006

Slewinski, 2011

Regulace cytosolické koncentrace redukujících cukrů

Fylogenetický strom monosacharidové transportéry

53 genů Arabidopsis (černá)

62genů Medicago trunculata

(modrá)

68 genů rýže (červená)

Doidy et al., 2012GSL =ERD

AtSTP1, vysoká afinita, transportuje monosacharidy, ne fruktózulokalizace: klíčící semena; kořeny semenáčků; svěrací buňky děloh, listy růžice, stonky,

kališní lístkyexprese: stoupá za tmy, denní rytmus s vrcholem kolem poledne

AtSTP 4 : vysoká afinita lokalizace: špičky kořenů, pylové láčky, listy, exprese stoupá po poranění a napadení patogenem

AtSTP 2 lokalizace: pyl,

MST lze rozdělit do 77 skupin (uvnitř skupiny podobnost 42-96%), 12 transmembránových domén

Skupina 1Skupina 1. Nejlépe prostudovaná skupina (značení STP- sugar transport protein ) – Arabidopsis 14 genů

hexózové transportéry plazmatické membrány, H+ symportéry, transport hexóz z apoplastického prostoru do buněk

AtSTP 9 lokalizace: pyl (jediný specifický pro glukózu)

AtSTP 13: lokalizace: vodivá pletiva korunních lístků, indukce během PCD

AtSTP 3: nízká afinita lokalizace: zelená pletiva, poranění, útok patogena

AtSTP 11: lokalizace: pyl

: H+ symportéryVysoká afinita (kromě AtSTP3)Široké spektrum monosacharidů (kroměAtSTP9 a AtSTP14)Role ve vývoji sinků (kromě AtSTP3)

AtSTP 6 lokalizace: pyl

Hexózové transportéry

Transportéry

Transportované cukry: glukóza, fruktóza, galaktóza, manóza, xylóza

AtSTP 14: specificky transportuje galaktózu

AtVGT 1 a 2 na tonoplastu antiport s H+

Skupina 2Skupina 2: VGT (Vacuolar glucose transporters)- Arabidopsis 3 geny, transportuje glukózu

Skupina 4Skupina 4:pGlcT – plastidové glukózové transportéry Arabidopsis 4 geny Možná spražený transport s H+, u jednoho prokázána lokalizace na Golgi, (Přes vysokou identitu- různé funkce)

Skupina 5Skupina 5: PMT (Polyol/monosacharide transporters) Arabidopsis 6 genů

Transportují širokou škálu polyolů a monosacharidů, sorbitol, manitol, xylitol, xylóza, glukóza, fruktóza, galaktóza

AtVGT 3 ? chloroplast

Skupina 3Skupina 3: TMT– (tonoplast monosaccharide transporters) – Arabidopsis 3 geny, tonoplastové glukózové transportéry, transport za stresových podmínek

Skupina 6Skupina 6:INT (Inositol transporters) Arabidopsis 4 geny

vysoce specifické myo-inositol/H+ symportery na membráně, na tonoplastu, exprese v pylu a v CC , pravděpodobně ? syntéza RFO

Skupina 7Skupina 7: ERD-like – (early-responsive to dehydratation)- pasivní ale selektivní, glukóza, fruktóza, galaktóza, manóza, xylóza, nejméně znalostí, mobilizace výtok z vakuoly Arabidopsis 19 genů

Transportéry

SWEET-- malé proteiny (Arabidopsis -17 genů), 7 trasnsmembránových domén, oboustanný uniport glukózy, lokalizace na plazmatické membráně,

Slewinski, 2011

Doidy et al., 2012

ERD

Transportéry

Cukr v xylémuCukr v xylému

Hexózové transportéry nalezeny v xylému

sacharidy v xylému, prevence proti zmrznutí a poškození

V zimě - floémový tok téměř zastaven, rostliny v dormanci

Na jaře – obnova funkce (embolismus)

– transport mobilizovaných zásob v kmeni a kořenech

Javor cukrový

Proč Proč toliktolik různých transportérů v pylu? různých transportérů v pylu?

???? ???? Otázky kolem hexózových transportérůOtázky kolem hexózových transportérů

Jak se liší funkce u těch lokalizovaných na Jak se liší funkce u těch lokalizovaných na stejné místostejné místo ? ?

Proč v pylu hexózové transportéry ?Proč v pylu hexózové transportéry ?

Jak Jak fruktózafruktóza z rozštěpené sacharózy vstupuje do buňky ? z rozštěpené sacharózy vstupuje do buňky ?

RegulaceRegulace jak na transkripční, tak post-transktipční úrovni ? jak na transkripční, tak post-transktipční úrovni ?

Transportéry

Malý efekt Malý efekt vyřazení vyřazení jednotlivých transportérů ???jednotlivých transportérů ???

Jak je zajištěn transport glukózy přes plastidové membrány ??? Jak je zajištěn transport glukózy přes plastidové membrány ???

Jak jsou vykládány RFO .. účast hexózových transportérů ??? Jak jsou vykládány RFO .. účast hexózových transportérů ???

Jak se děje transport do vakuoly ??? Jak se děje transport do vakuoly ???

Př.: Transgenní rostliny bramboruTransgenní rostliny bramboru

Transport z listu (nakládání do floému) apoplastem nebo symplastem ?

Transportéry



floémMC

sacharóza

invertázahexózy

transformace : exprese invertázy v buněčné stěně ve zdrojovém listu

Transport do floému za účasti apoplastu,

transport sacharózy

Redukovaný růst kořenůRedukovaný výnos hlízHromadění cukrů a škrobu v listech

Transportéry



floémMC

sacharóza

invertázahexózy




Transport asimilátů (vykládání floému) do buněk sinku ??


Transportéry

Zvýšená akumulace hexózZvýšení výnosu hlíz



floémMC

sacharóza

invertázahexózy




Transport asimilátů (vykládání floému) do buněk sinku ??

transformace : exprese invertázy v buněčné stěně v sinku- hlíze

sacharóza

invertáza

hexózy


Transport do sinku – účast apoplastu, transport hexóz

floém

parenchym

inhibice sacharózového transportéru v sinku mírný výnosu

Př. : kukuřice – mutant bez invertázové aktivity v sinku maličká semena

Transportéry

Transportéry sacharidů a interakce – rostlina houba Transportéry sacharidů a interakce – rostlina houba

Protonové pumpy: H+ ATPázy plazmatické membrány Podmiňují sekundární aktivní transport přes membrány

Účastní se kontroly získávání a rozdělování živin po rostlině

Arabidopsis thaliana (AHA)

AHA 1 – všude, více v nadzemních částech AHA 2 – všude, více v kořenech AHA 3 – všude, zejména v CC

AHA 4 – všude, hlavně v endodermis v kořenech

AHA 5 - nízká exprese všude, snad specif. pro svěrací. b. AHA 6 - prašníky

AHA 7 – výhradně pyl AHA 8 – výhradně pyl

AHA 9 - prašníky

AHA 10 – nejvíce v šešulích AHA 11 – všude

AHA 12 – pseudogen, pylu

Otázka ?Otázka ?

Jedna buňka může mít i několik Jedna buňka může mít i několik isoforem genů ? Proč ? isoforem genů ? Proč ?

Svěrací buňky :Vicia faba, tabák: 2 isoformy

Arabidopsis – všech 11, nejvíc AHA 1,2,5

Regulace exprese na úrovni transkripce/ translace: velmi malá !!!

Hlavní regulace : posttranslační posttranslační změny !změny !

Změny aktivity v závislosti na vnějších faktorech:

Aktivace: salinita, chladová aklimace

Inhibice: houbové elicitory, nízká teplota, vyčerpání cukrů

Transport látek floémem

Posttranslační změnyPosttranslační změny

Fosforylace/defosforylace

Fosforylace C-koncové domény

Vazba 14-3-3 proteinu

aktivace

P- fosforylační doména

N-doména vážící nukleotid

A - řídící doména

Padersen et al., 2007





aktivace

Ottmann et al., 2007

Hexamer: ATPáza + 14-3-3

protein







aktivace

Modulační fosforylace

Inhibiční fosforylace

Otázka ?Otázka ?

Proč regulace na Proč regulace na úrovní úrovní posttranslační ??posttranslační ??

Otázka ?Otázka ?

Jaké kinázy a Jaké kinázy a fosfatázy? Jaká jejich fosfatázy? Jaká jejich regulace ?? regulace ??

Ottmann et al., 2007

Hexamer: ATPáza + 14-3-3

protein

Změna množství enzymu

Změna lokalizace v membráně

Transport do vakuolyTransport do vakuoly

Aktivní transport do vakuoly … závislý na protonovém gradientu (transport antiportemantiportem s H+)

důležitá role H+ pump

(„starší“ a komplikovanější ) Vakuolární H+-ATPázy

dva komplexy

V1 - hydrolýza ATP

V0 - translokace protonu.

Subjednotky – s výjimkou subjednotek „VHA-a“ a „WHA-c“ jsou ostatní subjednotky často kódovány jedním genem

periferní V1 – 8 subjednotek (A,B,C,D,E,F,G,H)

integrální V0- 6 subjednotek a,c,c´c´´, d,e)

Ztrátové mutace některých genů se projeví významně, jiné se téměř neprojeví

Lokalizace také na Golgi

Interace subjednotky A s 14-3-3 proteinem závislá na fosforylaci

AHA-B1 nalezena v jaderném komplexu s AHA-B1 nalezena v jaderném komplexu s HXK ! Účastní se glukózové signalizaceHXK ! Účastní se glukózové signalizace

Nedostatečné informace o tonoplastových transportérech, Nedostatečné informace o tonoplastových transportérech, exprese identifikovaných hlavně v sincích, exprese identifikovaných hlavně v sincích,

Zdrojová buňka

(H+ pyrofosfatázy)

Jedna subjednotka, funkční homodimer

lokalizace: vakuola, Golgi, plazmatická membrána

Dva typy – typ I – závislá na K+ v cytosolu, mírně citlivá k Ca2+ inhibici

Oba typy vyžadují Mg2+ jako kofaktor

Nalezen interakční motiv pro vazbu s 14-3-3 proteinem

Vakuolární HVakuolární H++-PPázy-PPázy

typ II – necitlivá k K+, extrémně citlivá k Ca2+ inhibici

??? Jaký je fyziologický význam Jaký je fyziologický význam těchto rozdílů v citlivostitěchto rozdílů v citlivosti??

Zdrojová buňka

?? Ovlivňuje přesun PM H+-ATPáz na plazmatickou membránu.

(H+ pyrofosfatázy)

Jedna subjednotka, funkční homodimer

lokalizace: vakuola, Golgi, plazmatická membrána

Dva typy – typ I – závislá na K+ v cytosolu, mírně citlivá k Ca2+ inhibici

Oba typy vyžadují Mg2+ jako kofaktor

Nalezen interakční motiv pro vazbu s 14 -3-3 proteinem,

Vakuolární H+-PPázyVakuolární H+-PPázy

typ II – necitlivá k K+, extrémně citlivá k Ca2+ inhibici

??? Jaký je fyziologický význam Jaký je fyziologický význam těchto rozdílů v citlivostitěchto rozdílů v citlivosti??

Př:Př: Arabidopsis, H+ PPáza typu I, A – nadexprese B – ztrátová mutace

! U jiných ekotypů výrazně menší odezva

A

B

??? Jaké další funkceJaké další funkce ??

?? Vysoká citlivost k IAA ?? Přenos IAA signálu ???

?? Aktivace ostatních H+ pump ??

PřPř:: Rajče s expresí H+ PPázy typu I z Arabidopsis:

Odolnost k nedostatku vody, patrně díky většímu rozvoji kořenového systému, podobné výsledky i u jiných rostlin.

Zdrojová buňka

transport látek xylémem/floémem

Documents