Oksinin Hikayesi.

Transkript

1 Oksinin Hikayesi

2 Oksin araştırmaları yeni teknolojiler ile sürekli olarak artmaktadır Abel, S., and Theologis, A. (2010). Odessey of auxin. Cold Spring Harb Perspect Biol. doi: /cshperspect.a004572

3 Darwin (1890s) fototropizma -ışığa yönelim- çalışmıştır Darwin ve diğerleri, koleoptillerle -çimlenme sırasında monokot yaprakları koruyan dokular- çalıştılar. Darwin, C., and Darwin, F. (1881) The power of movement in plants. Appleton and Co., New York.; Photos courtesy of Dr. R.L. Nielsen

4 Koleoptil ucunun kesilmesi veya kapatılması, cevabı engeller Bu deneyler, eğilmenin alt kısımlarda olmasına rağmen ışık sinyalinin uçlarda algılandığını göstermektedir. Uygulama yapılmamış koleoptil eğilir Işıktan korunan veya kesilmiş uca sahip koleoptil eğilmez

5 Darwin, bir sinyalin uçtan alt kısımlara doğru hareket ettiği sonucuna vardı Bu yüzden, filizler lateral ışığa maruz bırakıldığı zaman, bir takım etkilerin uç kısımdan altlara aktarıldığı, ve bunun sonucu olarak alt kısmın eğildiği sonucuna varmaktayız. Charles Darwin image courtesy of Patche99z

6 Boysen-Jensen (1913) aktarılan etkinin jelatin bir bloktan geçebildiğini gösterdi Önce Sonra Sinyal, katı blok veya tereyağdan geçemez; bu da sinyalin suda çözünen bir kimyasal olduğunu göstermektedir.

7 Ucun yerinin değiştirilmesi, aynı ışıkta eğilmeyi indükleyebilir Uç uzaklaştırıldı ve bir kenara eklendi Asimetrik uç eklenmesi eğilmeye neden olur Kontrol Uç uzaklaştırıldı Uç uzaklaştırıldı ve yeniden konuldu Önce Paal (1919), ucun uzaklaştırılıp alt kısmın tek kenarına eklenmesinin eğilme için yeterli olduğunu göstermiştir. Sonra

8 Oksin 1930 larda saflaştırıldı ve büyümeyi teşvik ettiği gösterildi Eğim açısı, bloktaki oksin miktarı ile orantılıdır Frits Went, sürgün uçlarından oksinleri alıp agar bloklarda topladı......ve agar bloklarda toplanan maddenin büyümeyi teşvik edici bir madde olduğunu gösterdi. İndol-3-asetik asit, IAA Oksinin büyümeyi teşvik edici etkisinin saptanması için yapılan bu eğilme deneyi, oksinin saflaştırılması için temel olarak kullanılmıştır. Redrawn from Went, F.W. (1935) Auxin, the plant growth-hormone. Bot. Rev. 1:

9 Oksinin kök büyütücü özelliği 1930 larda da bilinmekteydi Oksin uygulanmış üzüm sapından türevlenen kökler Yakın zamanda yapılan bir deneyde ise turp kökleri oksine batırılmış ve oksin derişimine bağlı olarak lateral köklerin oluştuğu gözlenmiştir. µm IAA Thimann, K.V. (1938). Hormones and the analysis of growth. Plant Physiol. 13: Kerk, N.M., Jiang, K., and Feldman, L.J. (2000). Auxin metabolism in the root apical meristem. Plant Physiol. 122:

10 Tomurcuk uzunluğu Oksinin apikal baskınlığındaki rolü 1930 larda da bilinmekteydi Uç kesilir Apeks, oksinli veya oksinsiz agar blok ile değiştirilir Oksin, tomurcuk gelişimini baskılar Oksin yok Oksin Thimann, K.V., and Skoog, F. (1934). On the inhibition of bud development and other functions of growth substance in Vicia faba. Proceedings of the Royal Society of London B. 114: with permission; Went, F.W. and Thimann, K.V. (1937) Phytohormones. The Macmillan Company, New York.

11 Farklı dokuların oksine farklı duyarlılığı olduğu anlaşılmıştır Gövdede uzamayı sağlayan oksin konsantrasyonu, kök uzamasını engelleyebilir Thimann, K.V. (1938). Hormones and the analysis of growth. Plant Physiol. 13:

12 Oksinin kutupsal taşınımı 1930 larda anlaşılmıştır Koleoptilden kesilmiş bir parça, oksini uçtan alta hareket ettirebilir. Parça ters çevrildiği zaman, oksin alttan uç kısma geçememiştir. Üstteki agar blokta bulunan oksin, alttaki agar bloka taşınmıştır. H.G. Van der Weij tarafından yürütülen bu deney ile oksinin uçtan alt kısma doğru hareket ettiği ortaya çıkmıştır. Adapted from Went, F.W. (1935) Auxin, the plant growth-hormone. Bot. Rev. 1:

13 Klasik çalışmaların ortaya çıkardıkları: Oksinin kimyasal yapısı Kök oluşumunu teşvik edip tomurcuk gelişimini inhibe ettiği Oksinin filiz boyunca uçtan alt kısma hareket ettiği Farklı dokuların farklı duyarlılığının olduğu Oksinin konsantrasyona ve dokuya bağlı olarak büyümeyi etkilediği Bilmediklerimiz ise; oksinin büyümeyi nasıl teşvik ettiği, kutupsal yönde nasıl hareket ettiği, tomurcuk oluşumunu nasıl inhibe ettiği ve kök oluşumunu nasıl uyardığı idi. Bu derste, moleküler biyoloji, genetik ve hücre biyolojisi teknikleri ile oksin hakkında neler ortaya çıkarıldığı anlatılacaktır.

14 Oksine 21. yüzyıl bakışı Oksin dengesi Oksin çalışmalarında kullanılan araçlar Kutupsal oksin taşınımı Algı ve sinyal Bütün bitkide oksin hareketi Diğer sinyallerle etkileşimler

15 Oksin sinyal yolu Katabolizma Birleşme Sentez IAA Taşınım Algı (reseptör) TF aktivasyonu/ inaktivasyonu Hedef genler Boyolojik işlevler Oksinin etkisi; sentezi, taşınımı, algılanması, sinyali ve hedef gen cevabına bağlıdır. Bu işlevlerin çoğu, farklı hücre özgünlüğüne sahip birçok gen tarafından kontrol edilir. Adapted from Kieffer, M., Neve, J., and Kepinski, S. (2010). Defining auxin response contexts in plant development. Current Opinion in Plant Biology 13:

16 Oksin sinyal yolu feedback regülasyonu Katabolizma Birleşme Sentez IAA Taşınım Algı (reseptör) TF aktivasyonu/ inaktivasyonu Hedef genler Biyolojik işlevler Sinyal yolu kendisini pozitif ve negatif feedbackler yolu ile çoğunlukla düzenler. Adapted from Kieffer, M., Neve, J., and Kepinski, S. (2010). Defining auxin response contexts in plant development. Current Opinion in Plant Biology 13:

17 Çevresel faktörler ve diğer hormonlar tarafından düzenlenme Catabolism Katabolizma Conjugation Birleşme Synthesis Sentez IAA Transport Taşınım Perception Algı (receptor) (reseptör) TF TF aktivasyonu/ activation/ inaktivasyonu inactivation Target Hedef genler genes Biological Biyolojik Functions işlevler Gravity, Yerçekimi, Nutrient besin status, durumu, Ionic iyonik environment, çevre, patojenler, Pathogens, Light: Işık: directionality, yönü, dalgaboyu, intensity, şiddeti wavelength Etilen, brassinosteroidler, sitokinin, giberellik asit, jasmonik asit, strigolaktonlar... Adapted from Kieffer, M., Neve, J., and Kepinski, S. (2010). Defining auxin response contexts in plant development. Current Opinion in Plant Biology 13:

18 Biyosentez ve homeostazi IAA, çeşitli yarı bağımsız ve bir triptofan bağımsız (mavi ok) yollarla triptofandan (TRP) üretilir. YUCCA genlerindeki mutasyonlar (halka içinde) embriyogenezi; TAA1 genlerindeki mutasyonlar ise çevresel cevabı etkiler. Arabidopsis ve yakın akrabalarında IAOx yolu kısıtlanabilir. Sugawara, S., et al. (2009) Biochemical analyses of indole-3-acetaldoxime-dependent auxin biosynthesis in Arabidopsis. Proc. Natl. Acad. Sci. 106:

19 Oksin sentezi gelişimsel ve çevresel olarak kontrol edilir Metil Jasmonat Etilen Kırmızı / Kızılötesi ışık oranı Sıcaklık Oksin biyosentezi, diğer hormonlar ve çevresel koşullardan etkilenir. Sugawara, S., et al. (2009) Biochemical analyses of indole-3-acetaldoxime-dependent auxin biosynthesis in Arabidopsis. Proc. Natl. Acad. Sci. 106:

20 YUCCA genleri embriyogenez için gereklidir Bir flavin monooksijenaz enzimi kodlayan dört YUCCA geninin işlev kaybı, azalmış oksin sentezine ve kökün gelişmemesi gibi ciddi embriyonik anomalilere neden olur. Cheng, Y., Dai, X., and Zhao, Y. (2007) Auxin synthesized by the YUCCA flavin monooxygenases is essential for embryogenesis and leaf formation in Arabidopsis. Plant Cell 19:

21 Lokalize oksin sentezi, gelişimsel olarak önemli gradientleri oluşturur YUCCA1::GUS anlatımı DR5::GFP anlatımı (oksin ile indüklenebilen promotör) Arabidopsis te dişi gametofit gelişimi için, oksin sentezinde kısmen açığa çıkan bir oksin gradienti gereklidir. From Pagnussat, G.C., Alandete-Saez, M., Bowman, J.L., and Sundaresan, V. (2009) Auxin-dependent patterning and gamete specification in the Arabidopsis female gametophyte.science 324: Reprinted with permission from AAAS.

22 Aydınlıktaki hipokotil uzama cevabı için TAA1 gereklidir Oksin sentezi Beyaz ışık Gölge Yabani tip taa1 Kızılötesi ışıkla aydınlatılan ortamda yetiştirilen fideler. Kızılötesi ışık, diğer bitkilerde gölge ortamını taklit eder ve hipokotil uzamasını teşvik eder. Yabani tip taa1 Gölgeli ortamda yabani tip bitkilerde oksin sentezi artarken taa1 işlev kaybı mutantlarında artış olmaz. Reprinted from Tao, Y., et al. (2008) Rapid synthesis of auxin via a new tryptophan-dependent pathway is required for shade avoidance in plants. Cell 133: , with permission from Elsevier.

23 Oksin dengesi aynı zamanda bağlanma ve yıkımla da kontrol edilir IAA GH3 geni tarafından kodlanan oksin bağlayıcı bir enzimin aşırı anlatımı ile bitkideki oksin seviyesi düşer ve cüce fenotip gözlenir. GH3 genleri oksin ile indüklenir (GH3 genes) Arabidopsis Pirinç Yabani tip GH3.13 aşırı anlatımı Yabani tip GH3.13 aşırı anlatımı Zhang, S.-W., et al., (2009) Altered architecture and enhanced drought tolerance in rice via the cown-regulation of indole-3-acetic acid by TLD1/OsGH3.13 activation. Plant Physiol. 151: Staswick, P.E., et al., (2005) Characterization of an Arabidopsis enzyme family that conjugates amino acids to indole-3-acetic acid. Plant Cell 17:

24 Oksin dengesi özet Katabolizma Birleşme Sentez IAA Taşınım Oksin dengesi; sentezi, katabolizması, bağlanması (birleşmesi) ve taşınımı ile korunur. Bütün bu işlemler sıkı olarak kontrol altındadır.

25 Oksin araştırmalarındaki yöntemler Doku veya hücre ekstrelerindeki oksin miktarının belirlenmesi Oksin tarafından indüklenen genlerin anlatımı Oksine özgü antikorlarla in situ belirleme PIN oksin-transport proteinlerininin oryantasyonu

26 Bitki ekstrelerinde oksin düzeyinin kimyasal analizi Gaz kromatografi kütle spektrometrisi (GC-MS) ile kimyasal analiz, oksin miktarının belirlenmesinde önemli bir yoldur. Bu deney, genç yapraklarda uçtan alta doğru bir oksin gradientini göstermiştir. A: genç; B: yaşlı yaprak Edlund, A., Eklof, S., Sundberg, B., Moritz, T., and Sandberg, G. (1995) A microscale technique for gas chromatography-mass spectrometry measurements of picogram amounts of indole-3-acetic acid in plant tissues.plant Physiol. 108:

27 Hücreye özgü oksin ölçümü Hücreleri ayır ve protoplastları izole et Son zamanlarda GC-MS ölçümlerinin çözünürlüğü oldukça artmıştır. Tek hücrelere ayır Lazer Yüklü plakalar, hücreleri işaretli olan ve olmayanlara göre ayırır Belirlenmiş hücre popülasyonlarında GFP anlatımı yapan köklerden başla Petersson, S.V., Johansson, A.I., Kowalczyk, M., Makoveychuk, A., Wang, J.Y., Moritz, T., Grebe, M., Benfey, P.N., Sandberg, G., and Ljung, K.(2009) An auxin gradient and maximum in the Arabidopsis root apex shown by high-resolution cell-specific analysis of IAA distribution and synthesis. Plant Cell 21:

28 Hücreye özgü oksin ölçümü En yüksek oksin konsantrasyonu, kök ucundaki quiescent center (QC) dadır. Auxin amount Bu yöntem kullanılarak, Arabidopsis kök uçlarındaki oksin konsantrasyonunun yüksek çözünürlüklü haritası oluşturulmuştur. QC Petersson, S.V., Johansson, A.I., Kowalczyk, M., Makoveychuk, A., Wang, J.Y., Moritz, T., Grebe, M., Benfey, P.N., Sandberg, G., and Ljung, K.(2009) An auxin gradient and maximum in the Arabidopsis root apex shown by high-resolution cell-specific analysis of IAA distribution and synthesis. Plant Cell 21:

29 Reporter gen transkripsiyonu ile oksin cevabının izlenmesi TGTCTC AuxRE GUS (veya GFP) Oksin cevabının seviyesinin izlenmesinde DR5 reporter yapısı sıklıkla kullanılmaktadır. Hours of staining DR5, bir oksin cevap elementinin (AuxRE) yedi tekrarından oluşur. AuxRE, oksin cevabını veren transkripsiyon faktörlerinin (ARF ler) bağlanma bölgesidir. Oksin cevabı, eksojen oksin (NAA) ile artar Ulmasov, T., Murfett, J., Hagen, G., and Guilfoyle, T.J. (1997). Aux/1AA proteins repress expression of reporter genes containing natural and highly active synthetic auxin response elements. Plant Cell 9:

30 DR5 anlatımı, kök ucunda ve QC de yüksek oksin aktivitesini ortaya çıkarmıştır Reprinted by permission from Macmillan Publishers, Ltd. Blilou, I., et al. (2005) The PIN auxin efflux facilitator network controls growth and patterning in Arabidopsis roots. Nature 433:

31 Oksin, anti-oksin antikorları ile de saptanabilir Primer kök Anti-IAA antikoru Lateral kök oluşumunda oksin birikimi Anti-IAA antikoru DR5::GUS + oksin QC Negatif kontrol Reprinted from Benková, E. et al. (2003) Local, efflux-dependent auxin gradients as a common module for plant organ formation. Cell 115: , with permission from Elsevier.

32 Oksin akışı, PIN proteinlerinin konumundan da anlaşılabilir PIN proteinlerinin oklarla gösterildiği bir sürgün apikal meristemi Oksin taşınımı, hücre membranında polar dağılıma sahip PIN proteinleri de dahil olmak üzere oksin taşıyıcıları ile sağlanır. PIN proteinlerinin konumlarının incelenmesi ile hücreler arası oksin taşınım yönü kabaca anlaşılabilir. Reprinted from Heisler, M.G., et al. (2005). Patterns of auxin transport and gene expression during primordium development revealed by live imaging of the Arabidopsis inflorescence meristem. Curr. Biol. 15: , with permission from Elsevier.

33 Kutupsal oksin taşınımı Oksin, floem ile uzun mesafelere taşınabilir. Oksin, oksin transport proteinleri ile de taşınır. Oksin normalde sürgün ucundan kök ucuna doğru hareket eder. Kök ucunda yönünü değiştirerek, kökte yukarı doğru kısa bir mesafe daha alır. Reprinted with permission from Macmillan Publishers, Ltd. Robert, H.S., and Friml, J. (2009) Auxin and other signals on the move in plants. Nat. Chem. Biol. 5: Reprinted from Muday, G.K., and DeLong, A. (2001). Polar auxin transport: Controlling where and how much. Trends Plant Sci. 6: , with permission from Elsevier.

34 Tropik eğilme için Cholodny-Went teorisi Tropik eğilme için Cholodny-Went teorisine göre; bir uyaranın (ör. asimetrik ışık veya yerçekimi) algılanması ile oksin lateral olarak yer değiştirir ve farklı büyümeye neden olur.

35 Koleoptil veya sürgünlerde oksin gölge olan tarafa hareket eder Fototropik olarak uyarılan Brassica oleracea hipokotillerinde, IAA gölge olan tarafta birikir. DR5::GUS Gölge olan taraftaki artmış oksin konsantrasyonu ile o taraftaki hücreler uzar ve bitki ışığa doğru eğilmiş olur. Hücre uzunluğu Oksin konsantrasyonu DR5 promotörünün oksin ile indüklenmiş transkripsiyonu, bu fototropik olarak uyarılmış Arabidopsis hipokotilinde artmıştır. Esmon, C.A. et al. (2006) A gradient of auxin and auxin-dependent transcription precedes tropic growth responses. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103: Reprinted by permission from Macmillan Publishers, Ltd: Friml, J., Wisniewska, J., Benkova, E., Mendgen, K., and Palme, K. (2002) Lateral relocation of auxin efflux regulator PIN3 mediates tropism in Arabidopsis. Nature 415:

36 Gravitropizma, yerçekimine göre dikey konumun değişmesine karşı bir cevaptır Yerçekimi vektörü Sürgünler negatif olarak gravitropiktir yerçekiminin merkezinden uzağa doğru büyür yatay Kökler pozitif olarak gravitropiktir yerçekiminin merkezine doğru uzar Luschnig, C., Gaxiola, R.A., Grisafi, P., and Fink, G.R. (1998) EIR1, a root-specific protein involved in auxin transport, is required for gravitropism in Arabidopsis thaliana. Genes Dev.12:

37 Eğilme, alt ve üst kısmın farklı miktarda büyümesinden kaynaklanır uzunluk dikey zaman zaman yatay uzunluk Alt kısım Üst kısım zaman Parker, K.E., and Briggs, W.R. (1990) Transport of indole-3-acetic acid during gravitropism in intact maize coleoptiles. Plant Physiol. 94:

38 Daha fazla büyüme, artmış oksin birikimine bağlıdır dikey zaman Oksin birikimi yatay yatay dikey Parker, K.E., and Briggs, W.R. (1990) Transport of indole-3-acetic acid during gravitropism in intact maize coleoptiles. Plant Physiol. 94:

39 Oksin, kökte alt kısımlarda birikir ve kökler eğilir Dikey olarak konumlandırılmış (A) ve yatay olarak konumlandırıldıktan 6 saat sonra (B) kökte DR5::GUS anlatımı Kökün alt kısımlarındaki oksin miktarının arttırılmasıyla, optimalin üstünde oksin düzeyi sonucu hücre uzaması inhibe olurken, kök aşağı doğru eğilir. Rashotte, A.M., DeLong, A., and Gloria K. Muday, G.K. (2001) Genetic and chemical reductions in protein phosphatase activity alter auxin transport, gravity response, and lateral root growth. Plant Cell 13: ; Thimann, K.V. (1938). Hormones and the analysis of growth. Plant Physiol. 13: ; Luschnig, C., Gaxiola, R.A., Grisafi, P., and Fink, G.R. (1998) EIR1, a root-specific protein involved in auxin transport, is required for gravitropism in Arabidopsis thaliana. Genes Dev.12:

40 Tropik eğilimin altında kutupsal oksin taşınımı yatar İlk olarak, Cholodny-Went "teorisi, aslında tam da bir teori değildir; gerçeğin ta kendisidir. Tropizmalara lateral oksin taşınımı eşlik eder ve aslında neden olur. Kenneth Thimann, 1992 Thimann, K.V. (1992) The Cholodny-Went theory. Plant Mol. Biol. Rep. 10:

41 Çoğu Arabidopsis mutantlarında anormal gravitropik cevaplar tanımlanmıştır eir1 = pin2 WT WT pin2 Bu mutantların analizi ile çeşitli oksin transport proteinleri ve bunların aktivitesi ile dağılımını düzenleyen proteinler tanımlanmıştır. Reprinted with permission from Macmillan Publishers, Ltd. Muller, A., et al. (1998) AtPIN2 defines a locus of Arabidopsis for root gravitropism control. EMBO J 17: ; Luschnig, C., Gaxiola, R.A., Grisafi, P., and Fink, G.R. (1998) EIR1, a root-specific protein involved in auxin transport, is required for gravitropism in Arabidopsis thaliana. Genes Dev.12: Rahman, A., Ahamed, A., Amakawa, T., Goto, N., and Tsurumi, S. (2001). Chromosaponin I specifically interacts with AUX1 protein in regulating the gravitropic response of Arabidopsis roots. Plant Physiol. 125:

42 Oksin taşınımı kemiozmotik model İndol-3-asetik asit, sitoplazmada (ph 7) bulunan yüklü bir anyondur (IAA-). Daha asidik hücre duvarında (ph 5.5), bazıları yüksük olarak bulunur (IAAH). Yüksüz form, plazma membranından geçip diğer hücreye girer; burada bir proton kaybeder ve spesifik taşıyıcılar haricinde hücreden çıkamaz hale gelir. Bir proton ATPaz, ph gradientinin devamını sağlar H + IAAH IAAH Sitoplazma ph 7 IAA - IAA - + H + IAA - + H + Hücre duvarı ph 5.5 Hücreden hücreye polar oksin transportu Redrawn from Robert, H.S., and Friml, J. (2009) Auxin and other signals on the move in plants. Nat. Chem. Biol. 5:

43 Oksin, taşıyıcı proteinler ile taşınır ABCB ABCB PIN ailesi proteinleri, oksinin hücre dışına doğrusal hareketine yardımcı olur. AUX1/LAX taşıyıcıları, IAAH nin sitoplazmaya taşınımına yardımcı olur. ABCB Hücreden hücreye polar oksin transportu ABCB taşıyıcıları, oksinin çeşitli yollarla taşınmasına yardımcı olur (MRD veya PGP proteinleri). Reprinted with permission from Macmillan Publishers, Ltd. Robert, H.S., and Friml, J. (2009) Auxin and other signals on the move in plants. Nat. Chem. Biol. 5:

44 AUX1 oksini hücre içine alır AUX1/LAX Taşıyıcı ile oksin alınımı AUX1 e benzeyen protein kodlayan birçok gen bulunmaktadır; bu proteinler LAX proteinleridir (Like AUX1). Oksin alınımı aux1 mutantlarında kusurludur. Reprinted with permission from Macmillan Publishers, Ltd. Marchant, A. et al., (1999) AUX1 regulates root gravitropism in Arabidopsis by facilitating auxin uptake within root apical tissues. EMBO J. 18:

45 Oksin taşınımı AUX1/LAX proteinleri kolaylaştırır aux1 mutantında, oksin taşınımı hatalıdır, oksin sürgünden köke daha yavaş hareket eder. DAG = Days After Germination Marchant, A., Bhalerao, R., Casimiro, I., Eklof, J., Casero, P.J., Bennett, M., and Sandberg, G. (2002). AUX1 promotes lateral root formation by facilitating indole-3-acetic acid distribution between sink and source tissues in the Arabidopsis seedling. Plant Cell 14: Reprinted from Muday, G.K., and DeLong, A. (2001). Polar auxin transport: Controlling where and how much. Trends Plant Sci. 6: , with permission from Elsevier.

46 ABCB proteinleri oksin taşınımı için önemlidir WT abcb19-2 abcb19-1 abcb1 abcb19-2 abcb1 ABCB PGP Arabidopsis 21 ABCB proteinini kodlar, bunların çoğu oksinin düzgün taşınımı için gereklidir. WT abcb19-1 Bazı ABCB genlerinin işlev kaybı sonucu, cücelik ile farklı tropizmalar gibi çeşitli fenotipler gözlenir. Wu, G., Lewis, D.R., and Spalding, E.P. (2007) Mutations in Arabidopsis multidrug resistance-like ABC transporters separate the roles of acropetal and basipetal auxin transport in lateral root development. Plant Cell 19: Noh, B., Murphy, A.S., and Spalding, E.P. (2001) Multidrug Resistance like genes of Arabidopsis required for auxin transport and auxin-mediated development. Plant Cell 13:

47 ABCB proteinlerinin çeşitli anlatım paternleri vardır ABCB genlerinin işlevi, farklı anlatım paternleri ve hücresel lokalizasyon ile belirlenebilir; çoğu hata karakterize edilememiştir. ABCB19, bu kök hücrelerinin çevresinde eşit olarak toplanır. ABCB19, PIN1 in konumunu da stabilize edebilir... Wu, G., Lewis, D.R., and Spalding, E.P. (2007) Mutations in Arabidopsis multidrug resistance-like ABC transporters separate the roles of acropetal and basipetal auxin transport in lateral root development. Plant Cell 19: Titapiwatanakun, B., and Murphy, A.S. (2009) Post-transcriptional regulation of auxin transport proteins: cellular trafficking, protein phosphorylation, protein maturation, ubiquitination, and membrane composition. J. Exp. Bot : by permission of Oxford University Press for the Society of Experimental Biology.

48 PIN proteinleri adını pin-formed mutantlardan alır PIN1 geninde mutasyon olan pinformed da anormal yapraklanma görülür ve çiçek oluşumu gözlenmez. Galweiler, L., Guan, C., Muller, A., Wisman, E., Mendgen, K., Yephremov, A., and Palme, K. (1998). Regulation of polar auxin transport by AtPIN1 in Arabidopsis vascular tissue. Science 282: , reprinted with permission from AAAS.

49 PIN oksin taşıyıcıları, hücreye özgü anlatımı olan büyük bir gen ailesi tarafından kodlanır PIN Křeček, P., Skůpa, P., Libus, J., Naramoto, S., Tejos, R., Friml J., and Zažímalová, E. (2009) The PIN- FORMED (PIN) protein family of auxin transporters. Genome Biology 10: 249.

50 PIN proteinleri bitki hücrelerinde asimetrik olarak bulunur PIN1, kök korteks hücrelerinin alt kısımlarına yerleşir. Kök tabanı Sürgün ucundan kök ucuna oksin akışından PIN1 sorumludur. Kök ucu Reprinted by permission from Macmillan Publishers, Ltd. Dhonukshe, P., et al. (2008). Generation of cell polarity in plants links endocytosis, auxin distribution and cell fate decisions. Nature 456: Reproduced with permssion from Dolan, L., et al. (1993). Cellular organisation of the Arabidopsis thaliana root. Development 119:

51 Farklı PIN proteinleri farklı yerlerde bulunur PIN2 kök korteksinin alt yüzeyinde ve epidermal hücrelerin üst yüzeyinde bulunur. PIN2 özellikle kökte gravitropizma sırasında oksinin dağılımında işlev görür Reprinted by permission from Macmillan Publishers, Ltd. Dhonukshe, P., et al. (2008). Generation of cell polarity in plants links endocytosis, auxin distribution and cell fate decisions. Nature 456: Reproduced with permssion from Dolan, L., et al. (1993). Cellular organisation of the Arabidopsis thaliana root. Development 119:

52 PIN proteinlerinin dağılımı, oksin gradienti oluşumuna yardımcı olur Křeček, P., Skůpa, P., Libus, J., Naramoto, S., Tejos, R., Friml J., and Zažímalová, E. (2009) The PIN- FORMED (PIN) protein family of auxin transporters. Genome Biology 10: 249.

53 PIN3, yerçekimi vektöründeki değişimlere cevap olarak polariteyi değiştirir Dikey Yatay PIN3, sürgün ve kök fototropizma ve gravitropizması sırasında, oksinin lateral yer değiştirmesinden sorumludur. Reprinted by permission from Macmillan Publishers, Ltd. Friml, J., Wisniewska, J., Benkova, E., Mendgen, K., and Palme, K. (2002). Lateral relocation of auxin efflux regulator PIN3 mediates tropism in Arabidopsis. Nature 415: Adapted from Tanaka, H., Dhonukshe, P., Brewer, P. & Friml, J. (2006) Spatiotemporal asymmetric auxin distribution: a means to coordinate plant development. Cell. Mol. Life Sci. 63:

54 PIN proteini dağılımı oksin aracılı motiflere katkıda bulunur Dğer şeylerin dışında, embriyonik patern oluşumu için gerekli oksin maxima nın durumunu kontrol ederler. Reproduced with permission from Petrášek, J., and Friml, J. (2009) Auxin transport routes in plant development. Development 136:

55 PIN proteinleri hücre ve dokular arasında çok dinamik olarak hareket edebilir Daha stabil konumlu ABCB proteinlerinin tersine, PIN proteinleri hücre içindeki konumlarını çok hızlı olarak değiştirebilir. Reprinted from Heisler, M.G., et al. (2005). Patterns of auxin transport and gene expression during primordium development revealed by live imaging of the Arabidopsis inflorescence meristem. Curr. Biol. 15: , with permission from Elsevier.

56 PIN proteinleri plazma membranı ve endozom arasında devir yapar endozom PIN proteinleri sürekli olarak plazma membranı ve endozomal kompartmanlar arasında devir yapar. Plazma membranı Redrawn from Kleine-Vehn, J., et al. (2009). PIN auxin efflux carrier polarity is regulated by PINOID kinase-mediated recruitment into GNOM-independent trafficking in Arabidopsis. Plant Cell 21:

57 Brefeldin A, endositozu engeller ve PIN proteinlerini yakalar Brefeldin A (BFA), PIN i endozomal kompartmanlarda hapsederek endozomların plazma membranı ile kaynaşmasını engeller. Kontrol BFA uygulaması Redrawn and reprinted from Kleine-Vehn, J., et al. (2009). PIN auxin efflux carrier polarity is regulated by PINOID kinasemediated recruitment into GNOM-independent trafficking in Arabidopsis. Plant Cell 21:

58 PIN lerin fosforilasyon durumları dağılımlarını etkiler P P P P PIN proteinleri protein kinaz PINOID (PID) ile fosforillenip protein fosfataz PP2A ile defosforillenir. P P PP2A PID Kontrol Staurosporine uygulanmış Staurosporine, protein kinazları inhibe eder Sukumar, P., Edwards, K.S., Rahman, A., DeLong, A., and Muday, G.K. (2009). PINOID kinase regulates root gravitropism through modulation of PIN2-dependent basipetal auxin transport in Arabidopsis. Plant Physiol. 150: Redrawn from Kleine-Vehn, J., et al. (2009). PIN auxin efflux carrier polarity is regulated by PINOID kinase-mediated recruitment into GNOM-independent trafficking in Arabidopsis. Plant Cell 21:

59 ABCB proteinleri PIN proteinlerini membran domenlerine sabitleyebilir ABCB19 Plazma Membran proteini Turuncu = overlap ABCB proteinleri, PIN proteinlerinin aksine plazma membranında kalabilirler. İki taşıyıcı arasındaki etkileşim sonucu PIN lerin sabitlenmesi sağlanabilir. Titapiwatanakun, B., and Murphy, A.S. (2009) Post-transcriptional regulation of auxin transport proteins: cellular trafficking, protein phosphorylation, protein maturation, ubiquitination, and membrane composition. J. Exp. Bot : , by permission of the Society for Expiremental Biology.

60 Oksin taşınımı - özet Oksin hareketinin düzenlenmesi; fototropizma, gravitropizma, embriyonik patern oluşumu ve organogenez için önemlidir. Oksin taşıma proteinleri tanımlanmıştır. Bunların konumunu ve aktivitelerini kontrol eden faktörler araştırılmaktadır. Arabidopsis te 6 AUX1/LAX proteini, 21 ABCB proteini ve 8 PIN proteini bulunmaktadır - oksin taşınımının karmaşıklığı hala anlaşılamamıştır!

61 Algı ve sinyal Katabolizma Birleşme Sentez IAA Taşınım Algı (reseptör) TF aktivasyonu/ inaktivasyonu Hedef genler Biyolojik işlevler

62 Oksinin etkileri en az iki tip reseptör tarafından yönlendirilir Algı (reseptör) ABP1 IAA Algı (reseptör) SCF TIR1

63 AUXIN-BINDING Protein1 hücre bölünmesi ve genişlemesi için Yabani tip kontrol EtOH ile indüklenmiş ABP1- antisense gereklidir ABP1 nin işlev kaybı embriyoda ölümcüldür. ABP1 genini sessizleştiren indüklenebilir antisense yapı taşıyan bitkiler üretilmiştir. Bunlar 12 gün boyunca indükleyici koşulların bulunmadığı ortamda yetiştirilmiştir. 12. günde, ABP1 sessizleştirilmiş ve bitki büyümesinin ciddi biçimde kısıtlandığı gözlenmiştir. Braun, N., et al. (2008). Conditional repression of AUXIN BINDING PROTEIN1 reveals that it coordinates cell division and cell expansion during postembryonic shoot development in Arabidopsis and tobacco. Plant Cell 20:

64 Algı (reseptör) ABP1 Auxin-Binding Protein1 in downstream indeki olaylar henüz anlaşılamamıştır. IAA Algı (reseptör) SCF TIR1 SCF TIR1 ile oksin algılanmasının downstream yolu incelenmiştir.

65 Oksin reseptörü TIR1, SCF ubikitin ligaz kompleksi SCF TIR1 in bir bileşenidir F-box TIR1 oksin reseptörü SKP1 F-box TIR1 proteini SCF kompleksi SCF ubikitin ligaz kompleksi (SKP1, CUL1 ve F-box proteinleri) CUL1

66 Ubikitin ligaz kompleksleri, hedef proteinleri ubikitinler SKP1 Hedef Hedef Ubikitin F-box proteini hedef proteini tanır ve bağlanır. Daha sonra kompleks, hedefe ubikitin proteinlerini transfer eder. CUL1 Ubiquitin by Rogerdodd

67 Proteolitik hedefler ubikitine kovalent olarak bağlanır Hedef Ubikitin Ubiquitin, proteolitik yıkım için proteinleri hedefleyen küçük bir proteindir (76 aa). Ubiquitin by Rogerdodd

68 Ubikitinlenmiş hedefler 26S proteozom tarafından proteoliz edilir Hedef Proteozom hedef proteinleri yıkar ve ubikitinlerin yeniden kullanılır hale gelmesini sağlar. 26S proteozom

69 Oksin, SCF TIR1 kompleksine spesifik olarak bağlanır Benzoik asit Triptofan 2,4-D NAA IAA Radyoaktif IAA, çeşitli maddelerin varlığında SCF TIR1 kompleksine bağlanmıştır. Etkileşimlerin özgünlüğü çeşitli oksinler (IAA, NAA, 2,4-D) tarafından gösterilirken, ilgili bileşenler (benzoik asit, triptofan) tarafından gösterilmemiştir. Reprinted by permission from Macmillan Publishers, Ltd. Dharmasiri, N., Dharmasiri, S., and Estelle, M. (2005) The F-box protein TIR1 is an auxin receptor. Nature 435:

70 Oksin TIR1, hedefine bağlanmak için Hedef oksine ihtiyaç duyar Oksin, TIR1 ve hedefinin bağlanmasında yapıştırıcı görevi görür.

71 TIR1, hedefine bağlanmak için oksine ihtiyaç duyar Oksin Hedef SCF TIR1 aracılı proteolizin hedefleri nedir? I II III IV Aux/IAA proteinleri, oksin cevabının baskılayıcıları olan kısa ömürlü nüklear proteinlerdir.

72 Aux/IAA genleri oksin tarafından indüklenir 1980 lerde, oksin tarafından indüklenen genlerin izolasyonu için yeni moleküler biyoloji teknikleri kullanıldı. Bu oksin tarafından indüklenen gen ailelerinden biri, Aux/IAA genleri olarak bilinmektedir. GmAux22 GmAux28 Kontrol Oksin uygulanması (dk) Oksini tükenmiş Walker, J.C. and Key, J.L. (1982) Isolation of cloned cdnas to auxin-responsive poly(a)+rnas of elongating soybean hypocotyl. PNAS 79:

73 Aux/IAA proteinleri çok kısa ömürlü nüklear proteinlerdir Çoğu Aux/IAA proteinlerinin çok kısa yarılanma süresi vardır; bu da onların düzenleyici işlevi olduğunu düşündürmüştür. Nüklear birikim gösteren bir füzyon (+GUS) proteini PS-IAA6 Abel, S., Oeller, P.W., and Theologis, A. (1994). Early auxin-induced genes encode short-lived nuclear proteins. PNAS 91:

74 Aux-IAA proteinleri oksin varlığında destabilize olur Oksin, IAA1::LUC un proteotilik hızını arttırır I II III IV LUC LUC Lusiferaz (LUC) kontrol Aux/IAA1 proteinine bağlanmış LUC LUC kodlayan bölge veya Aux/IAA1 proteinine bağlanmış LUC taşıyan transgenik bitkiler geliştirilmiştir. 2 saat oksin Uyarıcı uygulaması LUC aktivitesinin ölçümü LUC aktivitesinin ölçümü LUC bitkilerinde oksin protein stabilitesini etkilememiştir; ancak LUC, Aux/IAA1 proteinine bağlanmış olduğu zaman proteinlerin %50 si 2 saatlik oksin uygulamasından sonra yıkılmıştır. Zenser, N., Ellsmore, A., Leasure, C., and Callis, J. (2001). Auxin modulates the degradation rate of Aux/IAA proteins. Proc. Nat.l Acad. Sci. USA 98: Copyright National Academy of Sciences, USA.

75 Aux/IAA proteinlerinin protein destabilize edici domenleri vardır I II III IV Domen II nin LUC reporter a bağlanması, oksin tarafından indüklenen instabiliteye neden olur. Domen III ve IV, LUC stabilitesini değiştirmez. III II IV LUC LUC LUC Zenser, N., Ellsmore, A., Leasure, C., and Callis, J. (2001). Auxin modulates the degradation rate of Aux/IAA proteins. Proc. Nat.l Acad. Sci. USA 98: Copyright National Academy of Sciences, USA.

76 Domen II deki korunmuş degron oksin instabilitesine neden olur Degron adı verilen kısa bir aminoasit dizisi, oksin tarafından indüklenen protein stabilitesi için gerekli ve yeterlidir. LUC I II III IV QVVGWPLVRSYRK Mutant degron LUC Bu korunmuş dizideki tek bir aminoasidin (kırmızı) değiştirilmesi ile protein daha stabil hale gelir. I II III IV QVVGWPPVRSYRK Yabani tip degron LUC Ramos, J., Zenser, N., Leyser, O., and Callis, J. (2001) Rapid degradation of auxin/indoleacetic acid proteins requires conserved amino acids of domain II and is proteasome dependent. Plant Cell 13:

77 TIR1, domen II deki korunmuş degrona bağlanır I II III IV QVVGWPLVRSYRK Mutant degron Oksin ve Aux/IAA proteininin domen II siyle kompleks kurmuş TIR1 I II III IV QVVGWPPVRSYRK Yabani tip degron Degrondaki mutasyon, Aux/IAA proteininin TIR1 e bağlanmasını ve proteolize uğramasını engeller; mutant proteinler daha stabildir.

78 Bazı Aux/IAA genlerindeki mutasyonlar oksine dirençli fenotipe yol açar Aux/IAA genlerindeki dominant olan işlev kazanımı mutasyonları, domen II deki degron dizisinde meydana gelir. I II III IV QVVGWPPVRSYRK Nagpal, P., et al. (2000) AXR2 encodes a member of the Aux/IAA protein family. Plant Physiol, 123:

79 Degrondaki mutasyon in vivo protein stabilitesini arttırır I II III IV GUS QVVGWPPVRSYRK IAA7/GUS AXR2-1/GUS Nüklear lokalize! Reprinted by permission from Macmillan Publishers, Ltd: Gray, W.M., Kepinski, S., Rouse, D., Leyser, O., and Estelle, M. (2001) Auxin regulates SCF TIR1 -dependent degradation of AUX/IAA proteins. NATURE 414: Nagpal, P., et al. (2000) AXR2 encodes a member of the Aux/IAA protein family. Plant Physiol, 123:

80 Aux/IAA proteinleri - özet Oksin Aux/IAA proteinleri oksin sinyalinin reseptörleridir; oksin varlığında hızlı bir şekilde yıkılırlar. INPUT OUTPUT Aux/IAA proteinleri oksin sinyalini nasıl baskılar?

81 Aux/IAA proteinleri Auxin Response Factors (ARFs) lerinin aktivitesini baskılar ARF ve Aux/IAA proteinleri C- terminal bölgelerinde dizi benzerliği gösterir; böylece homodimerize olabilirler. ARF DNAbağlayıcı domen Aux/IAA Aktivasyon / baskılama domeni III IV I II III IV ARF homodimeri ARF Aux/IAA heterodimeri

82 ARF ler oksin ile indüklenebilen promotörlere bağlanan transkripsiyon faktörleridir Artan ARF1 miktarı ARF1 in oksin cevap elementi (AuxRE) ne bağlandığını gösteren Dnaz parmakizi analizleri DNaz parmakizinde, proteinin DNA ya bağlandığı bölge belirlenebilir; çünkü bu bölge Dnaz endonükleazı parçalanmasına uğramaz. Reprinted from Ulmasov, T., Hagen, G., and Guilfoyle, T. (1997). ARF1, a transcription factor that binds to auxin response elements. Science 276: with permission from AAAS.

83 Bazı ARF ler transkripsiyonel aktivatörlerken bazıları represördür Arabidopsis ARF protein ailesi Aktivatörler ARF 2-4, 9; represörler ARF represörleri hakkında şu anda çok bilgi yoktur. Reprinted from Guilfoyle, T., and Hagen, G. (2007). Auxin response factors. Curr. Opin. Plant Biol. 10: with permission from Elsevier.

84 Oksin ile düzenlenen transkripsiyonel kontrol için model Düşük oksin düzeyi Bazı ARF ler Aux/IAA represörleri ile kompleks halindedir, işlevlerine müdahale eder Yüksek oksin düzeyi Aux/IAA lar SCF TIR1 aracılı proteoliz ile yıkılır, ARF lerin baskılanmasını azaltarak gen anlatımının yapılıp baskılanmasını düzenler

85 ARF ler ve Aux/IAA proteinleri arasındaki kombinasyonel etkileşimler Aktive edici ARF ler Baskılayıcı ARF ler Transkripsiyonel eldeler farklı ARF ve Aux/IAA proteinlerinin hücredeki göreceli konsantrasyonlarına ve birbirleri ile DNA bağlanma bölgelerine olan afinitelerine bağlıdır. ARF Aux/IAA heterodimeri Reprinted from Guilfoyle, T., and Hagen, G. (2007). Auxin response factors. Curr. Opin. Plant Biol. 10: with permission from Elsevier.

86 monopteros (arf5/mp) ve bodenlos (iaa12/bdl) mutantlarının görünümü benzerdir WT mp Lau, S., Jürgens, G., and De Smet, I. (2008) The evolving complexity of the auxin pathway. Plant Cell 20:

87 Bu mutantlar birbirine çok benzer; çünkü mutasyonlarının etkileri benzerdir ARF5 yok Kararlı IAA12 Lau, S., Jürgens, G., and De Smet, I. (2008) The evolving complexity of the auxin pathway. Plant Cell 20:

88 ARF5 aşırı anlatımı iaa12/bdl mutantını kurtarabilir iaa12/bdl mutantında, ARF5 gen anlatımını aktive edemez; çünkü stabil IAA12 proteini tarafından baskılanmaktadır. ARF5 anlatımının arttırılması ile bu etki kaybolur daha çok ARF5 olunca, bazıları transkripsiyonu indükleyebilir. Reproduced with permission from Hardtke, C.S., et al. (2004). Overlapping and non-redundant functions of the Arabidopsis auxin response factors MONOPTEROS and NONPHOTOTROPIC HYPOCOTYL 4. Development 131:

89 Oksin sinyal yolu şaşırtıcı derecede kısadır Oksin OUTPUT INPUT

90 Tipik bir ökaryotik sinyal yolunda, çok sayıda çoğaltım ve kaçış için fırsat içerir MAPKKK MAPKK OUTPUT INPUT MAPKKK MAPKK MAPK MAPK MAP kinaz yolu ile sinyalde birçok amplifikasyon basamağı (turuncu oklar) vardır.

91 Oksin cevabının çeşitliliği, sinyal proteinlerinin çeşitliliği ile ilgili olabilir Arabidopsis te 29 Aux/IAA proteini vardır Arabidopsis te 23 ARF proteini vardır Oksin OUTPUT INPUT TIR1, diğer beş oksin reseptör proteini AFB1-AFB5 ile de ilişkilidir. ARF ler ve Aux/IAA proteinleri arasındaki olası etkileşimler oldukça fazladır ve yüksek sayıda kombinasyonda, oksin ile indüklenen gen anlatımının kontrolü için potansiyeli vardır.

92 Oksin sinyali genleri, bitki evrimi süresince çoğalmıştır Oksin sinyaline karışan genler sayı yüzde ,7 0,6 0,5 0,4 Karayosunu ile karşılaştırıldığında angiospermdeki genler daha yüksek oranda oksin sinyali ile ilgilidir ,3 0,2 0,1 0 Data from Rensing, S.A., et al. (2008) The Physcomitrella genome reveals evolutionary insights into the conquest of land by plants. Science 319:

93 Aux/IAA ailesi özellikle angiospermde çoğalmıştır Her protein ailesini kodlayan genlerin sayısı Pin PIN TIR1/AFB ARF Aux/IAA Rice Poplar Arabidopsis Moss Karayosunu ile karşılaştırıldığı zaman angiospermde Aux/IAA genleri 10 kattan fazla bulunur. Bu gen ailesinin amplifikasyonu daha karmaşık angiospermlerin oluşmasına mı yol açmıştır?... Data from Rensing, S.A., et al. (2008) The Physcomitrella genome reveals evolutionary insights into the conquest of land by plants. Science 319:

94 Bütün bitki işlemlerinde oksin Sürgün apikal meristeminde lateral organ oluşumunun başlatılması Işık cevapları Motif ve vasküler gelişimin kontrolü Büyüme sinyal yollarının entegrasyonu Hücre uzaması Kök apikal meristeminde kök hücre özelliklerinin korunması hareketi Simbiyontlara cevap nodül oluşumu Patojenlere cevap Sürgünde dal oluşumunun inhibe edilmesi Büyüme sinyal yollarının entegrasyonu Kökte dallanmanın teşvik edilmesi Besin dağılımı ve miktarına cevap Reprinted by permission from Macmillan Publishers, Ltd: NATURE Wolters, H., and Jürgens, G. (2009). Survival of the flexible: Hormonal growth control and adaptation in plant development. Nat. Rev. Genet. 10: Copyright 2009.

95 Oksin, bitki büyüme ve gelişmesindeki bu kadar işlemi nasıl etkiler? Algı (reseptör) Hedef genler Cevap çok belirgin değildir... Bazı oksinle ilişkili genler belirgin olarak downstream işlevlerle ilgili iken diğerlerinin işlevini tahmin etmek zordur. Oksin ile indüklenen gen ürünleri Aux/IAA proteinleri GH3 (oksinle birleşme) ACS (etilen sentezi) Jasmonik asit sentezi CKX (sitokinin yıkımı) Transkripsiyon faktörleri Oksin ile baskılanan gen ürünleri Hücre duvarı proteinleri ARR ler (Sitokinin sinyali) Transkripsiyon faktörleri Biyolojik işlevler

96 Oksin ile indüklenmiş hücre uzaması, büyüme kontrolüne de yardımcı olur Yabani tip taa1 Oksin ile indüklenen hücre uzaması, ışığa ya da yerçekimine cevap veren bitkilerde farklı büyümeye neden olur. Oksin ile indüklenen hücre uzaması gölgede yetiştirilen bitkilerde büyümeyi teşvik eder (gölgeden kaçma cevabı).

97 Oksin ile indüklenmiş hücre uzaması sinyali ABP1 ile yönlendirilebilir Algı (reseptör) ABP1 Hedef genler Biyolojik fonksiyonlar IAA Kontrol bitkiler ABP1 aşırı anlatımı ABP1 aşırı anlatımı yapılan bitkilerdeki ortalama hücre hacmi, kontrol hücrelerinin yaklaşık iki katıdır. From Jones, A.M., et al. (1998) Auxin-dependent cell expansion mediated by overexpressed Auxin- Binding Protein. Science 282: , reprinted with permission from AAAS.

98 Oksin ile indüklenmiş hücre uzaması Günümüzdeki, hücre duvarı uzamasının oksin ile indüklenmesi modelinde; oksin, plazma membranına bağlı proton pompasını uyararak hücre duvarının daha asidik hale delmesini sağlar. H + Oksin H + H + H + H + H + Uzunluk Hücre duvarının asidik hale gelmesi hücre uzaması için yeterlidir. Zaman McQueen-Mason, S., Durachko, D.M., and Cosgrove, D.J. (1992) Two endogenous proteins that induce cell wall extension in plants. Plant Cell 4:

99 Duvarın asidik hale gelmesi, hücre duvarı gevşetici enzimler olan ekspansinleri aktive eder H + H + Oksin H + Saf ekspansinler, hücre uzamasının indüklenmesi için yeterlidir. Orta lamel Selüloz Ksiloglukan Plazma mikrofibril membranı Hücre duvarı, proteinlerin ve kompleks polisakkaridlerin karmaşık bir düzenlemesidir. Cosgrove, D.J. (1998) Cell wall loosening by expansins. Plant Physiol.118: ; Cosgrove, D.J. (2001) Wall structure and wall loosening. A look backwards and forwards. Plant Physiol.125:

100 Oksin birikimi paterni, gelişimsel paterni de belirler Yakın zamanda, oksinin ana görevinin, bir morfojen ve gelişimsel tetikleyici olarak hareket eden konumsal bilginin kurulması ve iletilmesini kapsadığı anlaşılmıştır.

101 Morfojen, bir konsantrasyon gradientiyle çalışan hareketli bir Kol-bacak oluşacak olan embriyonik bölge sinyaldir Sonik kirpi, omurgalılarda kol-bacak gelişimi sırasında parmak gelişiminde görevli bir morfojendir. Üretildiği bölgeden (kırmızı ok) difüze olarak, hangi parmağın oluşacağını belirleyen bir gradient oluşturur. From Tabin, C.J., and McMahon, A.P. (2008). Developmental biology: Grasping limb patterning. Science 321: Reprinted by permission from AAAS.

102 Morfojen gradienti değişince, sonuç da değişir Kol-bacak oluşacak olan embriyonik bölge Morfojen gradientinin değiştirilmesi ile birlikte hücrelerin gelişim süresince hangi hücreye farklılaşacağı değişir. İkinci bir morfojen kaynağının eklenmesi ile parmak motifi iki katına çıkar. Adapted from Tabin, C.J., and McMahon, A.P. (2008). Developmental biology: Grasping limb patterning. Science 321:

103 Arabidopsis embriyogenezi sırasında, kök gelişimi için gerekli olanları oksin gradienti sağlar Reproduced with permission from Petrášek, J., and Friml, J. (2009) Auxin transport routes in plant development. Development 136:

104 Oksin biyosentezi, taşınımı veya sinyali engellenirse belirli bir köksüz fenotipe yol açabilir Yabani tip yucca 1,4, 10,11 pin 1,3,4,7 yucca1,4,10,11, mp ve pin1,3,4,7 mutantlarının hepsi köksüzdür Cheng, Y., Dai, X., and Zhao, Y. (2007). Auxin synthesized by the YUCCA flavin monooxygenases is essential for embryogenesis and leaf formation in Arabidopsis. Plant Cell 19: Lau, S., Jürgens, G., and De Smet, I. (2008) The evolving complexity of the auxin pathway. Plant Cell 20: Reprinted with permission from Vieten, A., et al. (2005). Functional redundancy of PIN proteins is accompanied by auxin-dependent cross-regulation of PIN expression. Development 132:

105 Odun oluşumu sırasında farklılaşmayı da oksin gradienti sağlar Floem Kambiyal Bölge Trakeidler (ksilem) 1996 da yapılan bu çalışma, oksinin bir morfojen olarak iş gördüğünü gösteren ilk çalışmadır. Oksin, kambiyal bölgenin iç kısımlarına doğru bir gradient oluşturarak floem gelişimini, dış kısımlarına bir gradient oluşturarak ise ksilem gelişimini yönlendirir. Uggla, C., Moritz, T., Sandberg, G., and Sundberg, B. (1996) Auxin as a positional signal in pattern formation in plants. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93:

106 Oksin, kök ucunda morfojen olarak iş görür Düşük oksin seviyesinemaruz kalan hücreler uzar ve farklılaşır Uca yakın hücreler, orta düzeyde oksine maruz kalır ve sık olarak bölünür Auxin amount Quiescent center daki hücreler en yüksek oksin düzeyine maruz kalır ve dinlenme halini sürdürür Quiescent center Petersson, S.V., Johansson, A.I., Kowalczyk, M., Makoveychuk, A., Wang, J.Y., Moritz, T., Grebe, M., Benfey, P.N., Sandberg, G., and Ljung, K.(2009) An auxin gradient and maximum in the Arabidopsis root apex shown by high-resolution cell-specific analysis of IAA distribution and synthesis. Plant Cell 21:

107 Oksin gradientinin değiştirilmesi ile kök ucundaki hücrelerin kaderi de değişir Bu şekilde, oksinin konsantrasyonuna bağlı olarak hücre gelişiminde kaderi değiştirdiğini kanıtlayan seçilmiş bazı deneyler özetlenmiştir. Reprinted from Sabatini, S., et al. (1999). An auxin-dependent distal organizer of pattern and polarity in the Arabidopsis root. Cell 99: with permission from Elsevier.

108 Oksin bir tetikleyici olarak da iş görerek gelişimsel olayları başlatır Lokalize bir oksin maksimum (veya minimum), gelişimsel bir olayın başlaması için yeterli olabilir. Burada, artmış oksin seviyesi ile farklılaşmaya teşvik edilmiş hücreler kırmızı olarak gösterilmiştir.

109 Oksin sürgünde organ oluşumunu tetikler Heisler et al., 2005), Arabidopsis pin1 mutantında çiçek oluşturacak olan meristemden çiçek oluşmaz. Bir noktaya oksin (kırmızı) uygulaması ile organogenez tetiklenir. Reinhardt, D., Mandel, T., and Kuhlemeier, C. (2000). Auxin regulates the initiation and radial position of plant lateral organs. Plant Cell 12:

110 Oksin maxima yaprak primordiumunu oluşturacak bölgeyi belirler PIN1::PIN1-GFP anlatımı yapan bitkilerin sürgün ucunda PIN anlatımı ve konumu görüntülenmiştir. Yaprak başlangıcı öncesinde lokal oksin maxima nedeni ile PIN1 in dağılımında değişimler olur. Reprinted from Heisler, M.G., et al. (2005). Patterns of auxin transport and gene expression during primordium development revealed by live imaging of the Arabidopsis inflorescence meristem. Curr. Biol. 15: , with permission from Elsevier.

111 Endodermis ve floem arasında kalan dokudaki tek bir hücrede oksin sentezinin artması, lateral kök oluşumu için yeterlidir Bir hücredeki oksin sentezinin deneysel olarak arttırılması, lateral kök oluşumunun tetiklenmesi için yeterlidir. Oksin biyosentezini başlatan tek hücre (DR5::GUS ile gözlenmiş). Dubrovsky, J.G., et al., (2008) Auxin acts as a local morphogenetic trigger to specify lateral root founder cells. Proc. Natl. Acad. Sci. 105: , copyright by the National Academy of Sciences.

112 Arabidopsis te tohumun yayılması için bir oksin minimum gereklidir Kapakçık Kapakçık kenarı Arabidopsis te, tohumun yayılması için tohum kabuğunun, kenarındaki hücrelerin ayrılması ile açılması gerekmektedir. DR5::GFP Floroglusinol boyası Lokal minimum (beyaz oklar) sonrası hücre odunlaşmasından (mavi oklar) sonra hücre ayrılması gerçekleşir. Ogawa, M., Kay, P., Wilson, S., and Swain, S.M. (2009)ARABIDOPSIS DEHISCENCE ZONE POLYGALACTURONASE1 (ADPG1), ADPG2, and QUARTET2 are polygalacturonases required for cell separation during reproductive development in Arabidopsis. Plant Cell 21: Reprinted by permission from Macmillan Publishers, Ltd. Sorefan, K. et al. (2009) A regulated auxin minimum is required for seed dispersal in Arabidopsis. Nature 459:

113 Arabidopsis te tohumun yayılması için bir oksin minimum gereklidir Yabani tip indehiscent2 mutantında, oksin minimum oluşmaz ve hücreler ayrılmaz. indehiscent2 Reprinted by permission from Macmillan Publishers, Ltd. Sorefan, K. et al. (2009) A regulated auxin minimum is required for seed dispersal in Arabidopsis. Nature 459:

114 Oksin, yeri doldurulamaz bir hormondur Hücre uzunluğu düzenleyicisi, morfojen, gelişimsel tetikleyici, transkripsiyonel düzenleyici...

115 Oksin sinyali Oksin sinyalinin her basamağı, oksin aktivitesinin yanı sıra; ışık, yerçekimi, besin durumu ve stres gibi çevresel etkiler ile diğer hormonlar tarafından düzenlenir. Reprinted from Kieffer, M., Neve, J., and Kepinski, S. (2010). Defining auxin response contexts in plant development. Current Opinion in Plant Biology 13: with permission from Elsevier.

116 Oksin ve sitokinin antagonistik olarak iş görür Oksin ve sitokinin (CK) antagonistik olarak hareket eder oksin daha çok kökleri etkilerken, CK sürgünleri etkiler. Oksin, CK sentezini baskılar. CK bazı Aux/IAA represörlerinin anlatımını indüklerken PIN geninin anlatımını downregüle eder. Artan [Sitokinin] Artan [Oksin] Roots Oksin Sitokinin Shoots Skoog F, Miller CO (1957) Chemical regulation of growth and organ formation in plant tissue cultured in vitro. Symp Soc Exp Biol XI: ; Figure from Amasino, R. (2005) 1955: Kinetin Arrives. The 50th Anniversary of a newplant hormone. Plant Physiol. 138:

117 Etilen ve oksin sinerjik olarak işlev görmeye yatkındır Etilen, oksin sentezini teşvik eder Hava Etilen Oksin aynı zamanda etilen üretimini uyarır D 2 O uygulanan bitkilerde de novo oksin sentezi ölçülmüştür. Oksin sentezinin derecesi, bir etilen ölcülü olan ACC varlığında artmıştır. Oksine cevap veren bir promotörün anlatımı, eksojen etilen ile artmıştır Oksin Etilen Swarup, R., et al. (2007). Ethylene upregulates auxin biosynthesis in Arabidopsis seedlings to enhance inhibition of root cell elongation. Plant Cell 19: Kang, B.G., Newcomb, W., and Burg, S.P. (1971) Mechanism of auxin-induced ethylene production. Plant Physiol. 47:

118 Özet Geçtiğimiz 30 yılda, oksinin hikayesinde birçok moleküler karakter tanımlanmıştır. İçerik genel olarak anlaşılmış olmasına rağmen hala arada boşluklar vardır. Katabolizma Birleşme Sentez IAA Taşınım Algı (reseptör) TF aktivasyonu/ inaktivasyonu Hedef genler Biyolojik işlevler Adapted from Kieffer, M., Neve, J., and Kepinski, S. (2010). Defining auxin response contexts in plant development. Current Opinion in Plant Biology 13: