Модели формирования жилок из-за ауксина.
Модели на основе канализации - Feugier et al. (2005), модель не дает замкнутых петель, видимо, на является адекватной.
Модель роста к источнику (Runions) - точки синтеза ауксина расположены случайно, к ним распространяется жилкование. В зависимости от того, на каком расстоянии точки синтеза ауксина - разное жилкование. Если ввести рефрактерность - можно получить замкнутые жилки. Применение - в компьютерных играх, искусственных моделях листьев и реалистичной природы.
По всем моделям выше жилки раструт от середины к краю. Но на самом деле, все не так.
У Arabidopsis потооки сначала создаются по краю, прорастают внутрь листа и только потом могут замыкаться.
Градиентная модель, формирование биполярных транспортирующих клеток. На месте будущего зубчика примордия листа формируется начало жилки, в итоге для поддержания потока от края формируются биполярные клетки, которые после теряют свзь с краем и остаются как замкнутые жилки.
Соединительные жилки- анастомозы (тоже с биполярным синтезом ауксина) - приводят к образованию прокамбия. Основной паттерн жилкования - параллельный.
Другой эффект, за которые отвечает ауксин - сон боковых почек, рост главных.
Ауксин не попадает в боковую почку, проходит мимо неё. Если обрезать апекс, боковые почки проснутся. Если положить агар с аукином, создать мощный поток вниз - боковые почки спят.
Если боковая почка вышла из-под апикального доминирования, её уже ничто не может остановить.
Давление воды в основном столбе - целостность проводящих путей - тоже играет роль в апикальном доминировании. Цитокинины, например, тоже участвуют - активируют рост боковых почек.
Голодание по фосфору отключает ветвление, т.е. усиливает апикальное доминирование.
Все равно такое дистантное действие ауксина еще не исследовано до конца - загадочное явление до сих пор.
Понятие о позиционной информации. Концентрация вещества, регулирующего морфогенез (ауксина) - постоянно падает с расстоянием от источника (апекса). Рано или поздно достигается порог для снятия апикального доминирования.
Кроме того, есть акротонное ветвление - апикальная пока погибает или временно засыпает (в середине лета), перестают выделять ауксин. Первый, кто это чувствует - первая боковая почка, начинает расти.
Апикальное доминирование снимается, когда растение переходит к цветению. Главный побег - с соцветием, под ним формируется зона торможения. Сразу за этой зоной - усиленный рост боковых побегов.
Направление апикального доминирования. Если согнуть ветку, создать механическое напряжение, концентрация ауксина падает, то ближние почки к пергибу начинают расти. Используется при формировании плодовых деревьев.
Промышленный препарат для усиления роста корней - “аналог гетероауксина” - ИУК + индолилмасляная кислота - промышленный препарат смеси индольных соединений. Разбавляют тальком, активрованным углем и т.д.
Действие ауксина - двойное. При переобработке - корни заложатся, но расти не будут.
Гетероауксин используется также для ускорения укоренения и др. процессов, связанных с ростом корней.
Пример: земляничина с зернышками хорошо и плохо оформленными. Каждый орешек - является источником ауксина. Если орешек не сигналит - значит, разрастания не происходит, происходит деформация земляничины. Она лопается.
Производители обрабатывают земляничины ауксином, что также увеличивает производство на 30-40.
Ауксин действует также на плоды баклажана. Под промоторы генов семенной кожуры - поставили ауксин - получили баклажаны в 4 раза больше. К сожалению, промышленного применения не нашлось - оплодотворение невозможно. Черенками размножать - дорого.
(напоминание “правила 56 ангстрем”) - 2,4 - дихлорфеноксиуксусная кислота - аналог ИУК. Необычное действие на прорастание корней - в итоге убивают проростки. Двудольные в 10-100 раз более чувствительны, чем однодольные - используется как гербицид.
На его основе - гербицид “Дикамба”, “Клопиралид” и еще одно.
Дикамба - позволяет прочистить газон от двудольных. Но! Гербициды сохраняются в течение 1-2 года. Из-за этого в Британии начинает вымирать одуванчик.
Клопеиралид - кроме этого не действует на землянику. Его применение разрешено только после сбора урожая. Вымывается талыми водами, но в целом - тоже довольно стойкий.
2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота - печально известный гербицид. Agent Orange - на основе 2,4-D - биологическое оружие - дефолиант (заставляет сбрасывать листву) - применялось во Вьетнаме, чтобы в лесах легче было вести военные действия. Длительное действие привело к тому, что все это попало в пищу, начало вызывать аллергию, болезни печени и мутагенез. До сих пор во Вьетнаме - “дети Оранжа”. Смыв в море привел к загрязнению рыбы и морепродуктов.
Т.к. прошло 50 лет - сейчас концентрация 2,4-D пришло в норму.
Экспериментальная установка - клиностат - 2 об/мин - растение не понимает, куда действует сила тяжести - условия квазиневесомости - растения растут горизонтально.
Центрифужная установка - проросток растет по результирующей ускорения и силы тяжести. Первая центрифуга - мельничная.
В корневом чехлике есть клетки с крахмальными гранулами. В колумелле возможно перемещение этих гранул в пределах клеток. В остальных местах гранулы закреплены цитоскелетом. Играют роль статолитов в колумелле.
но! Взяли бескрахмального мутанта - он тоже может расти по силе тяжести, но медленнее. Т.о. крахмал просто способствует этому явлению, но может проходить и без него.
В стебле - крахмалоносное влагалище - тоже имеет крахмальные зерна, тоже чувствительно к силе тяжести. Гравитропизм в наземное части.
Белки pin перемещаются на другую сторону клетки.
То, что именно кончик корня чувствителен - доказан в экспериментах, когда кончик находится в центре вращения.
Fountain model - транспорта ауксина в кончике корня.
Распределение белков-переносчиков pin до и после переворота корня - изменяется. Очень важно положение филаментов, для правильной организации везикулярного транспорта.
Когда ауксин достигает зоны растяжения - в корне играет диаметрально противоположную роль. Ингибирование роста. При росте корня - происходит подщелачивание (в стебле - закисление). Работа экспонзинов и ферментов, работающих с пектинами - в слабощелочных условиях.
Четкая граница между корнем и стеблем.
Опыт Скуга - открытие цитокинов.
Однажды лаборант перегрел среду - вместо маленького кусочка ткани - образование каллуса. Что-то произошло с ДНК. Образование кинетина - фурфуриладенина - кинетин - вещество, не содержащееся в растении, но вызывающее рост (т.е. синтетическое).
В природе тоже есть аналогичные вещества. Одно - из кукурузы - транс-Зеатин; изопентениладенин - сильно разрушаются при автоклавировании.
Транс-зеатин - синтезируется как предшественник в корнях, экспортный вариант, цитокинин для всех - транспортируется вверх.
Изопентениладенин - образуется для локального действия и нужд. В побеговой части растения.
Чувствительность к гормонах - зеркальная. Транс зеатин - наибольшее действие имеет в побеге, а изопентениладенин - в корнях. Две независимые системы.
1. Группа изопреноидных цитокининов (ЦК). Минорный цитокинин - цис-зеатин. Дигидрозеатин.
2. Естественные ароматические цитокинины - тополины. Открыли австрийцы славянского происхождения. К аденину приделана какая-то ароматика. Иногда встречается бензиладенин (считался синтетическим).
3. Кинетин - производное ДНК, производные модевины, дифенилмочевина, пиранилбензиладенин, тидиазурон (TDZ), форхлорфуран и др.
Предшественник - аденин - из АТФ или из тРНК. Источник изопентенильной группы - диметиламинпирофосфат (DMAPP), от него отщепляется пирофосфат - оказывается в составе аденина.
Фермент синтеза может использовать не только АТФ, но и АДФ, и АМФ - слабо чувствителен к форме.
Биосинтез неактивного циокининов хорошо представлен в пластидах.
Много разных предшественников - из ксилемы (AtlPT1), из эндосперма, из флоэмы (повышается в ответ на нитраты при голодании), из плодов, из боковых корней, из многих других мест.
С одной стороны, цитокинины запускают клеточный цикл, в другой - зависят от многих факторов.
В ответ на цитокинин активируется действие SUS - что-то делают с сахарозой. ЦК активирует действие CYCD3 - вызывает клеточное деление. Если клетки голодают по фосфору - замирают на G1-фазе.
Иногда важно дать клеткам ЦК, а потом ИУК. Это позволяет синхронизировать деление клеток растений.
Эти два гормона жизненно необходимы.
Образование трансзеатин-рибозида - неактивного. Ферменты начального и конечного этапа синтеза - разобщены в растении.
Биосинтез частично идет в одной части, доделывается в другой части.
Цитокинины экспрессируются в ответ на действие минтерального питания - визуализация с помощью IPT3::GFP (изопентенилтрансферазы). Красное - свечение от хлорофилла. Зеленое - от генно-инженерной IPT3.
Дальнейшая стадия для транс-зеатина - окисление терминального углерода - цитохром-P450-монооксигеназа. У Arabidopsis есть два гена, специфично экспрессируются в корнях.
Там, где нужна модификация аденина - встречается странный конъюгат цитокинина с транспортной РНК. тРНК-изопентенилтрансфераза для тРНК - отвечает за образование (?)пренилированной тРНК. Путь ведет к цис-зеатину.
Далее - (3 этап уже) - дефосфорилирование - аденозинкиназы со специфичность к рибозилированным цитокининам.
Гены LOG - также обеспечивают разобщенность.
1. Белки PUP - свободных цитокининов (Z, IP)
2. Белки ENT - цитокинин-нуклеозидов (ZR, IPR)
Разные варианты транспорта в корнях и стебле. В корне - больше ENT. PUP1 - активирован в гидатодах листа. Перед тем, как выделить капельку воды (гуттация), надо реабсорбировать полезные вещества - нитраты, сульфаты, фотоассимиляты. PUP2 - приурочен к флоэме, дает синее прокрашивание вдоль жилок, если слить с глюкоронидазой.
Самый мягкий вариант - O-гликозилирование с помощью зеатин-О-глюкозилтрансфераз или зеатин-О-ксилозилтрансфераз - временное явление. N-гликозилирование часто оказывается необратимым. Равновесие между гликозидом и активной формой.
Направление и тип гликозилирования - могут дать и полное инактивирование. Гликозилирвоание по ядру часто бывает необратимым, например.
Необычное присоединение - метилтиола.
Также цитокинины можно окислить - с помощью цитокинин-оксидаз. Если под сильным промотором 35S поставить ген такой оксидазы - растения будут маленькими, клеток у них будет в целом меньше.
Цитокинины образуют пути обратной связи - вслед за ростом количества цитокининов наблюдается рост оксидаз.
У цитокининов обнаружены рецепторы с мембранной локализацией - 80-90 в ЭПР, остальное - на плазмалемме. Отвечают за сигнальную ветвь.
Димеризация рецептора при присоединении цитокининов, начало кросс-фосфорилирования. Передача - фосфо-трансмиссия. Фосфор передается с гистидина на аспарагиновую кислоту - переброска фосфора - ведет в сторону ядра.
AHP - фосфорилированный переносчик к ядру. Действует на ARR (белки ответа типа A) и белки ответа типа B.
Двухкомпонентная сигнальная система, организованная по принципу фосфореле - похожа на простую двухкомпонентную сигнальную систему растений. У растений - требуется этап подвижного переносчика до ядра. Домены Reciever, Transmitter, Input.
У Arabidopsis три рецепторов цитокининов. Все они организованы аналогично друг другу. Гомомеризуются или гетеромерезуются. Каждая обладает своей чувствительностью к разным вариантом, что позволяет сделать разную чувствительность к разным вариантам гормона в разных частях растения.
Демонстрация фосфотрансмиттера под действием зеатина - AHP1::GFP - попадает в ядро под действием зеатина, распространяется по клетке без него.
Arabidopsis-response -регуляторы - представлены разными генами, с неизвестной функцией или ТФ.