BÜYÜME HORMONLARI: OKSİN, GİBERRELLİN VE

Transkript

1 BÜYÜME HORMONLARI: OKSİN, GİBERRELLİN VE SİTOKİNİN

2 HORMONLARA GENEL BAKIŞ 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

3 Hormon Öncül maddeleri Biyosentez yerleri Oksin Triptofan Büyüyen tohumlar, genç yapraklar ve yaprak primordiyumları Sitokinin Adenin ve fenil üre türevleri Kök uçları Giberellin Mevalonik asit Büyüyen tohumların ve gövdenin genç dokularında, kökte sentezlenip sentezlenmediği bilinmemektedir Etilen Metiyonin Stres altındaki, senesens ve olgunlaşan dokular Absisik asit Mevalonik asit Olgun yapraklar ve özellikle su stresli dokular, tohumlar Taşınım şekilleri Hücreden hücreye polar taşınımla aktarılırlar Kökten gövdeye ksilemle taşınırlar Ksilem ve floemle taşınırlar Difüzyon ile taşınırlar Yapraklard an diğer organlara floemle taşınırlar Fizyolojik Etkileri 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 Hücre bölünmesinin ve doku kültürlerinde kök oluşumunun uyarılması, yaprak senesensinin geçiktirilmesi, apikal dominansinin çözülmesi 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 Meyvelerin olgunlaşması, yaprak ve çiçek senesensi, yaprak ve meyve absisyonunun uyarılması 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

4 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

5 HORMONLAR VE SİNYAL İLETİMİ Sinyalin alınması-reseptörler Plazma zarı, tonoplast, ER, nükleus Protein kinaz ve protein fosfatazlar Transkripsiyon faktörleri-fosforilasyon

6 OKSİNLER Charles Darwin, Boysen-Jensen, Paal Went deneyleri AUXINE = BÜYÜME

7

8 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

9 Tabii Oksinler Indol-3- asetik asit (IAA) Indol-3-bütirik asit (IBA) 4-Kloroindol-3-asetik asit (4 Cl- IAA) Fenil asetik asit (FAA) Sentetik Oksinler 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

10 BAĞLI (KONJUGE) VE SERBEST OKSİNLER IAA esterleri: Glukoz, miyoinositol Glukanlar, glukoproteinler Bağlanma = İnaktivasyon Oksin homeostatisi Taşınma Bozulmaya karşı korunma Depolanma

11 OKSİN KONSANTRASYONUNUN BELİRLENMESİ 1- Avena koleoptil kıvrılma testi: 0,02-0,2 mg/l 2- Koleoptil büyüme testi: 3- Analitik teknikler: g, TLC, HPLC, GC, MS 4- Immünolojik analizler: 10-9 g (=1 ng) 5- Radyolojik yöntemler: 2 H veya 15 N

12 OKSİNLERİN TAŞINMASI Aktif ve pasif taşınım Kök ve gövdede lateral ve longitüdinal Gövde ucu, kökler Işık ve yerçekimi Gelişim evresi, doku ve organ tipi

13 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

14 POLAR OKSİN TAŞINIMININ DÜZENLENMESİ

15 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

16 OKSİN BİYOSENTEZİ : Triptofan aminotransferaz 2: Indolpürivat dekarboksilaz 3: NAD indolasetaldehit dehidrogenaz veya indolasetaldehit oksidaz

17 OKSİNLERİN OKSİDASYONU Peroksidaz (POD) grubu enzimler Serbest IAA 1/α Peroksidaz aktivitesi Fotooksidasyon Riboflavin Oksindol-3-asetik asit ve 3-metilenoksindol OH POD 3-metilen oksindol CO 2 O oksindol-3-asetik asit

18 FARKLI DOKULARIN OKSİNE VERDİKLERİ CEVAPLAR Hücre uzaması ve genişlemesi Fizyolojik aralık M Köklerde M Köklerde M Gövdede 2x10-5 M ETİLEN

19

20 OKSİNLERİN FİZYOLOJİK ETKİLERİ 1- Hücre seviyesinde - Genişleme - Hücre bölünmesi - Su alınımı - Sitoplazmik hareketler 2- Doku seviyesinde - Vasküler farklılaşma 3- Organ seviyesinde - Meyve büyümesi ve absisyonu - Ovaryum gelişimi - Köklenme, kök uzaması - Apikal dominansi - Yaprak genişlemesi - Yaprak absisyonu - Gövde uzaması

21 - Organ ve doku yaşı - Oksin konsantrasyonu - Oksin tipi - Diğer hormonlarla ilişkisi - Dokunun durumu

22 OKSİNLER-ÇEPER GENİŞLEMESİ Oksin uyarısı HÜCRE ÇEPERİ Plazma membranı Hücre çeperi Aktiv asyon SİTOPLAZMA Ekspansin Selüloz molekülü

23 OKSİNLER-KÖK VE YAPRAK BÜYÜMESİ Çeper asidifikasyonu Oksin etilen etkileşimi Etilen inhibitörleri Yaprak damarlarının büyümesi

24 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

25 OKSİNLER-LATERAL KÖK OLUŞUMU 10-6 M, primer ve lateral kökler Perisikl Oksin-hücre bölünmesi Kesme, yaralanma Arabidopsis in alf mutantları

26 OKSİNLER-MEYVE GELİŞİMİ Meyve büyümesi-polenlerdeki oksinler Tohumlar Partenokarpik meyve oluşumu Oksin-etilen etkileşimi

27 1) Oksinler akenlerde üretilir. 2) Oksinler taşınabilir. 3) Oksin, reseptakulum dokusunda hücre genişlemesi ve büyümesini başlatır.

28 OKSİNLER-YAPRAK ABSİSYONU Yaprak, çiçek ve meyve absisyonu IAA nun uygulanma zamanı Yaprak-yaşlanma-oksin azalır-senesensabsisyon Tozlaşma-döllenme-oksin üretimi-absisyon yok Döllenme yok-etilen artışı-absisyon

29 OKSİNLERİN TİCARİ KULLANIMI Köklendirme Ananasta çiçeklenmeyi uyarma Meyve ve yaprak absisyonunu önleme Partenokarpi Meyve seyrekleştirme Herbisit Sentetik ve doğal oksinlerin etki derecesi

30 OKSİNLERİN ETKİ MEKANİZMASI Epidermis Bekleme periyodu Kararlı periyot Siyanit ve azid inhibisyonu Protein sentez inhibitörleri

31 OKSİNLER- GEN EKSPRESYONU AUX/IAA ve SCF TIR -reseptörler ARF (auxine response factor)-transkripsiyon faktörleri Oksin yoksa; AUX/IAA + ARF OKsin genlerinin inhibisyonu

32 AUX/IAA OKSİN ARF SCF TIR PARÇALANMA AUX/IAA ARF Gen ekspresyonu AuxRe (oksin cevap elementi) DNA GELİŞİMSEL CEVAPLAR ARF

33 ABP1 (auxine binding protein) oksin reseptörü Fosfolipaz A2 AUX/IAA, SAUR ve GH3-erken cevap genleri Glutatyon-S-transferaz geç cevap genleri

34 GİBERELLİNLER

35 1950 Kimyasal yapı belli Biyolojik aktivite???? Boyuna büyüme (uzama) Cücelik genleri

36 GİBERELLİNLERİN AKTİVİTESİ Hidroksil (OH) gruplarının yerleşimi GA 1, GA 3, GA 19, GA 4, GA 7 GA 1, dönüşüm ve cücelik Cüce bitkilerde GA 20 Aktivite olarak GA 1 > GA 20 GA 3 mantarlarda Giberellinler-glukoz (COOH grubu; giberellin glukozitleri) Giberellinler-glukoz (OH grubu; giberellinglikosil esteri) Giberellin glukozidleri inaktif DEPO??

37 ent-giberellan iskeleti GA 3 GA 1 (19-C) GA 20 (19-C) GA 37 (20-C) GA 27 (20-C)

38 GİBERELLİNLERİN KEŞFİ Ascomycetes, Giberella fujikuroi Bakanea (aptal fide) hastalığı 1930 da kristal formda izolasyon giberellin A 1 Karboksilik asit Giberellin A 3 (GA 3 ) Cüce, rozet formunda ve uzun bitkiler Tohumlar GA x

39 GİBERELLİNLERİN HAREKETİ Ksilem ve floem Taşınım genç dokulara doğru Çimlenen tahıl tohumlarındaki hareket Skutellum Alevron tabakası

40 GİBERELLİNLERİN BİYOSENTEZİ İzopren birimleri 4 izoprenoid birimi, 20 C li terpenoidler GA 12 -aldehit ÖNCÜ MADDE Hidroksilasyon ve oksidasyon 19 C li giberellinler Sentez-enzimatik reaksiyonlar Tohumlar ( mg/g) Genç yapraklar, tomurcuklar Sentez ve aktivasyon yerleri

41

42 Plastid Endoplazmik retikulum Sitosol

43 Giberellinlerin Tayini UV ışınlarını absorbe etmezler Floresans özellikleri yok Kağıt kromatografisi İnce tabaka kromatografisi HPLC, GC, MS Reseptörler İmmünolojik analizler

44 BİYOLOJİK ANALİZLER 1- Marul hipokotil uzama testi 2- Cüce pirinç mikrodamla testi 3- Hububat tohumlarında -amilaz testi

45 GİBERELLİNLERİN FİZYOLOJİK ETKİLERİ 1- Gövde uzaması - Le ve le genleri - Normal bitkilerde GA 1 fazla - Le geni: GA 20 GA 1

46 2- Cüce bitkilerde boy uzaması B A C D Şekil 1. (A) Cüce mutant (-GA 1 ); (B) Cüce mutant (+GA 1 ); (C) Normal genotip (-GA 1 ) ve (D) Normal genotip (+GA 1 ).

47 GA-uzama-açık yeşil-ince gövde-küçük yaprak GA-20-oksidaz, GA-3-oksidaz GA-2-oksidaz Işık-sıcaklık GA-absisik asit (ABA)

48 3- Uzun gün bitkilerinde boy uzaması - Aydınlıkta gövde uzaması yavaş, GA 1 fazla - Aydınlık-GA duyarlılığı - Çiçeklenme için uzun gün - Kısa gün, GA 20 GA 19 - Uzun gün GA 20 GA 19 - Uzun gün koşullarında GA 19 GA 20

49

50 4- Gençleşmeyi uyarır - Odunlu çok yıllık bitki - Hedera helix GA 3 gençleşme - Koniferlerde GA 4 + GA 7 generatif evreye geçiş ve üreme

51 5-Çiçeklenmeyi uyarır Marul, ıspanak

52 6- Vernalizasyon Çiçeklenme uyarısı Kışlık bitkiler İki yıllık bitkiler

53 7- Erkek çiçek oluşumu Erkek çiçek oluşumu Polen gelişimi GA-GAMYB transkripsiyon faktörleri gamyb mutantları-küçük ve polensiz çiçek

54 8- Meyve oluşumu ve büyümesi

55 OKSİN-GİBERELLİN ETKİLEŞİMİ Sentez uyarımı Oksin-GA3oks transkripsiyonu Oksin-GA2oks inhibisyonu

56 Çeltik 9- Sel stresi ve gövde uzaması DELLA proteinleri-ga duyarlılığını azaltır

57 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

58 11- Çimlenmeyi uyarır Stratifikasyon Işık-GA 20 GA 1 dönüşümü-çimlenme Işık- GA-GA3ox geninin uyarılması

59 GA-reseptör-DELLA proteinlerinin bozulması- GAMYB ekspresyonu-α-amilazın transkripsiyonu- Ca +2 birikimi-α-amilazın endosperme taşınması -amilaz GA 3 GA 7

60 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

61 Giberellinlerin Ticari Kullanımları 1- Meyve üretimi 2- Arpanın maltlaşması 3- Şeker kamışı verimi 4- Bitki ıslahı: Koniferler 5- Giberellin sentez inhibitörleri

62 SİTOKİNİNLER

63 Bitki hücrelerinde bölünmenin uyarılması Kesik organlarda senesensin geciktirilmesi Kotiledon genişlemesi Kloroplast olgunlaşması Besin maddelerinin taşınması Morfogenez

64 SİTOKİNİNLERİN KEŞFİ Domates suyu, maya ekstraktları Hindistan cevizi sütü Olgun ve farklılaşmış hücrelerde bölünme Kallus oluşumu

65 KİNETİNİN KEŞFİ F. Skoog ( ) 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

66 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

67

68 SİTOKİNİNLERİN BELİRLENMESİ HPLC Kütle spektroskopisi İmmünolojik metodlar Gaz kromatografisi Biyolojik analizler - Genişleme testleri - Senesensin geciktirilmesi

69 SİTOKİNİNLERİN HÜCREDE BULUNMA ŞEKİLLERİ Serbest sitokininler Bağlı sitokininler Yüksek bitkilerde zeatin, dihidrozeatin ve izopentil adenin t-rna

70 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

71 SİTOKİNİNLERİN TAŞINIMI Kök apikal meristemleri Köklerden yapraklara pasif taşınım Transpirasyon akımı Ksilem sıvısı Su stresi Nükleotid??? Zeatin ribosit

72 Sitokinin üretimi Kültüre alınmış hücreler Kallus oluşumu Alt kültür-oksin ve sitokinin üretimi

73 tümör dokusu Kültür ortamı ÇOĞALMA Ti plazmidi+bitki genomu Oksin ve zeatin genleri Trp oksin dönüşümü

74 SİTOKİNİNLERİN BİYOSENTEZİ Serbest sentez t-rna ya bağlı sentez Sitokinin sentaz-kloroplastlar

75

76

77 SİTOKİNİNLERİN FİZYOLOJİK ETKİLERİ 1- Hücre genişlemesi - Kotiledonlar - Çeper asidifikasyonu yok

78 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

79 3- Morfogenez

80 4- Senesensin geciktirilmesi ve besinlerin hareketi

81 5- Lateral tomurcuk üzerindeki etkisi Sitokinin/Oksin yüksekse tomurcuk gelişimi Eksojen sitokinin-tomurcuk gelişimi Apikal dominansi

82 6- Nodül oluşumu Sitokinin-nodülin genlerinin aktivasyonu

83 7- Kök ve sürgünlerde hücre bölünmesi KNOX genleri-ipt genleri-sitokinin sentezi KNOX genleri-ga20oks genleri-sitokinin/ga oranı yüksek- yaprak primordiyumlarına dönüşüm engellenir

84 Sitokininler-kök ve gövde apikal meristemleri Köklerde vasküler doku farklılaşması Sitokinin yüksek-farklılaşma hızlı-büyüme yavaş Sitokinin az-farklılaşma yavaş-büyüme hızlı

85 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