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Etileno La hormona gaseosa. Historia y Descripción Descubrimiento 1901 Asociado a lámparas de combustible de carbón Senescencia y abscisión en hojas de.

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1 Etileno La hormona gaseosa

2 Historia y Descripción Descubrimiento 1901 Asociado a lámparas de combustible de carbón Senescencia y abscisión en hojas de árboles 1910 Naranjas inducen maduración de bananos (Etileno en plantas) Poco interés, auxina, gas, se demostraron efectos en plantas 1959 Se logra medir por cromatografía de gas, retoma auge Transporte Movimiento pasivo Facil difusión Soluble en agua y lípidos

3 Características Sitios de síntesis Tejidos dañados Tejidos senescentes Frutos madurando Se puede sintetizar en todos los órganos Plantas inferiores-cianobacterias-helechos-hongos Roles biológicos Germinación Crecimiento de plántulas Senescencia y abscisión de órganos Respuesta al estrés Maduracón de frutos (climatéricos y biosíntesis de etileno)

4 Biosíntesis de etileno Metionina (MET) S-adenosyl- metionina (SAM) Acido 1-aminociclopropano-1- carboxilico (ACC) Etileno ACC sintetasa ACC oxidasa

5 Transcriptional regulation Yangs cycle BIOSINTESIS

6 Biosíntesis de etileno

7 Factores que afectan síntesis de etileno Promotores Promotores Oxígeno Oxígeno Auxinas Auxinas Etileno Etileno Ac. Abscísico Ac. Abscísico Estrés Estrés (sequía indundación frío, daños físicos o químicos) (sequía indundación frío, daños físicos o químicos) Cobre Cobre Etapa de desarrollo Etapa de desarrollo Inhibidores Inhibidores Aminoetoxivinilglicina (AVG) inhibe ACCsint Aminoetoxivinilglicina (AVG) inhibe ACCsint Auxinas Auxinas Giberelinas Giberelinas Anoxia Anoxia Cobalto y Plata AgNO3 Cobalto y Plata AgNO3 Inhiben acumul de Et Temperatura alta o baja Temperatura alta o baja Alta conc de CO2 Alta conc de CO2

8 Interacción hormonal ACS son genes de ACC sintetasa en Arabidopsis ACS son genes de ACC sintetasa en Arabidopsis ACS2 y 4 a 6 son regulados diferencialmente x factores biótcos y abióticos ACS2 y 4 a 6 son regulados diferencialmente x factores biótcos y abióticos ACS6 mRNA aumenta ante presencia de ozono ACS6 mRNA aumenta ante presencia de ozono ACS4 aumenta ante dosis bajas de CK ACS4 aumenta ante dosis bajas de CK ACS4 aumenta ante aplicación de auxinas ACS4 aumenta ante aplicación de auxinas ACS2 mRNA + hojas jóvenes y flores y tarde en formación de raíces ACS2 mRNA + hojas jóvenes y flores y tarde en formación de raíces Mutantes con respuesta reducida a CK muestran Triple respuesta Mutantes con respuesta reducida a CK muestran Triple respuesta Inhibe creimietno de raiz Inhibe creimietno de raiz Aumenta crecimientoo radial del hipocotilo Aumenta crecimientoo radial del hipocotilo Exagera formación del gancho apical Exagera formación del gancho apical CIN5 no responde a CK y corresponde a mutación en ACS5 CIN5 no responde a CK y corresponde a mutación en ACS5 Brassinosteroides afectan tasa de transcripción de ACS Brassinosteroides afectan tasa de transcripción de ACS Aux1, axr1 y eir1 (transportadores de auxina) tiene insensibilidad a etileno y respuesta a auxina Aux1, axr1 y eir1 (transportadores de auxina) tiene insensibilidad a etileno y respuesta a auxina Etileno-Ac. Jasmónico: involucrados en Respuesta Sistémica Inducida Etileno-Ac. Jasmónico: involucrados en Respuesta Sistémica Inducida

9 Interacción hormonal ABA-Etileno ABA efecto negativo en mutantes que sobreproducen etileno ABA efecto negativo en mutantes que sobreproducen etileno ABA inhibe germinación y crec radical en plantas silvestres de ARBD ABA inhibe germinación y crec radical en plantas silvestres de ARBD C2H4 no inhibe germinación pero sí crec radical C2H4 no inhibe germinación pero sí crec radical EIN2- es hipersensitivo a ABA en ensayo de germinación EIN2- es hipersensitivo a ABA en ensayo de germinación CTR1- es resistente al ABA en el test de germinación CTR1- es resistente al ABA en el test de germinación Indica que ABA induce síntesis de etileno o mayor sensibilidad Indica que ABA induce síntesis de etileno o mayor sensibilidad

10 Identificación de mutantes ESTUDIO DE VIAS DE RESPUESTA AL ETILENO

11 BIOENSAYO: Triple respuesta en plántulas etioladas con etileno inhibe crecimiento radical engrosamiento radial del hipocótilo Formación del gancho apical exagerado Muy específica para etileno IDENTIFICACION DE MODO DE ACCIÓN Tres tipos de mutantes: Insensibles al Etileno EIN Tejido específico Respuesta constitutiva: sobreproductores ETILENO respuesta triple constitutiva CTR Clonado y caracterización de genes involucrados

12 Receptores del Etileno Receptor de membrana Receptor de membrana Similar a sistema de 2 componentes de bacterias Similar a sistema de 2 componentes de bacterias Proteina receptora con Histina kinasa Proteina receptora con Histina kinasa Regulador de respuesta con motivo de recibo Regulador de respuesta con motivo de recibo En ARBD hay 5 receptores: En ARBD hay 5 receptores: ETR1, ETR2, ERS1, ERS2y EIN4 ETR1, ETR2, ERS1, ERS2y EIN4

13 Membrane spanning domain Ethylene binding site through copper ion Histidine kinase domain Receiver domain CTR1 interacting domain GAF domain GAF motivo ubicuo de transmisión de señales, une a cGMP

14 Putative signal peptide ER localization (tobacco homolog-PM localization)

15 Receptores homo o heterodimerizan ETR1 y ERS1 con HK y Cu binding ETR1, ETR2 y EIN4 con Rec. Dom. Mutaciones individuales no afectan el fenotipo plt redundancia (no completa) Mutación múltiple induce TR lo que indica que función regulador negativo Receptor requiere Cu Combinación de receptores puede dar diversidad de respuesta

16 Vía de señalamiento CTR1. mutante es TR constitutiva CTR1. mutante es TR constitutiva Naturaleza recesiva plt regulador negativo Naturaleza recesiva plt regulador negativo Es del tipo de MAK plt rol de P en señalamiento Es del tipo de MAK plt rol de P en señalamiento Evidencia in vitro señala que ETR1 y CTR1 pueden interactuar Evidencia in vitro señala que ETR1 y CTR1 pueden interactuar Expresado constitutivamente Expresado constitutivamente EIN2 mutante pierde respueta a Etileno plt regulador positivo EIN2 mutante pierde respueta a Etileno plt regulador positivo Codifica proteína de membrana Codifica proteína de membrana Se asociado a vias de traducción de auxinas, citoquinina y ABA y reducida sensibilidad a bacterias (rol directo o x insensib. al etileno) Se asociado a vias de traducción de auxinas, citoquinina y ABA y reducida sensibilidad a bacterias (rol directo o x insensib. al etileno) EIN3 sobre expresión causa hipersensibilidad: factor limitante en resp a etil. EIN3 sobre expresión causa hipersensibilidad: factor limitante en resp a etil. Expresión ubicua en la planta Expresión ubicua en la planta ERF1, factor de transcripción, se une a motiv GCC de genes inducidos por patógenos y por etileno ERF1, factor de transcripción, se une a motiv GCC de genes inducidos por patógenos y por etileno

17 EIN3 EBS 1º responsive genes (>120) ? 2º responsive genes GCC nucleus EIN2 CTR1 ETR1 (~6 genes)

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19 A model of the role of EIN5 in the ethylene signal transduction pathway Olmedo G et al. PNAS 2006;103: ©2006 by National Academy of Sciences

20 Bleeker y Kende,2000 Olmedo et al,2006

21 A model of the role of EIN5 in the ethylene signal transduction pathway. Ethylene (C2H4) is perceived by repressing the action of receptor complexes including ETR/ERS/EIN4 receptors, RTE1, and Raf-like protein kinase CTR1, which negatively regulates downstream signaling component EIN2. Upon ethylene treatment, EIN2 is derepressed and could thus transmit the signal into the nucleus to activate a number of transcription factors, including EIN3 and EIL1. EIN3 directly binds to the regulatory elements of target genes and induces the expression of yet other transcription factors (i.e., ERFs and EDFs) that would ultimately regulate a series of ethylene responses. In the absence of ethylene signal, a Skp1-Cullin1-F-box complex consisting of one of two F-box proteins, EBF1 and EBF2, targets EIN3 protein for degradation via an ubiquitin/proteasome pathway. Interestingly, EBF1/EBF2 gene expression is induced by ethylene in an EIN3-dependent manner, which forms a negative feedback regulation on the EIN3 function. EIN5, a 53 exoribonuclease, is involved in facilitating the turnover of EBF1/EBF2 mRNA through a yet unknown mechanism. Therefore, EIN5 is proposed to antagonize the negative feedback regulation on EIN3 by promoting EBF1 and EBF2 mRNA decay, which consequently allows the accumulation of EIN3 protein to trigger the ethylene response. Red arrows and blue bars represent positive and negative regulations, respectively. The dotted lines represent regulatory steps in which a direct physical link between upstream and downstream components has yet to be demonstrated. A model of the role of EIN5 in the ethylene signal transduction pathway. Ethylene (C2H4) is perceived by repressing the action of receptor complexes including ETR/ERS/EIN4 receptors, RTE1, and Raf-like protein kinase CTR1, which negatively regulates downstream signaling component EIN2. Upon ethylene treatment, EIN2 is derepressed and could thus transmit the signal into the nucleus to activate a number of transcription factors, including EIN3 and EIL1. EIN3 directly binds to the regulatory elements of target genes and induces the expression of yet other transcription factors (i.e., ERFs and EDFs) that would ultimately regulate a series of ethylene responses. In the absence of ethylene signal, a Skp1-Cullin1-F-box complex consisting of one of two F-box proteins, EBF1 and EBF2, targets EIN3 protein for degradation via an ubiquitin/proteasome pathway. Interestingly, EBF1/EBF2 gene expression is induced by ethylene in an EIN3-dependent manner, which forms a negative feedback regulation on the EIN3 function. EIN5, a 53 exoribonuclease, is involved in facilitating the turnover of EBF1/EBF2 mRNA through a yet unknown mechanism. Therefore, EIN5 is proposed to antagonize the negative feedback regulation on EIN3 by promoting EBF1 and EBF2 mRNA decay, which consequently allows the accumulation of EIN3 protein to trigger the ethylene response. Red arrows and blue bars represent positive and negative regulations, respectively. The dotted lines represent regulatory steps in which a direct physical link between upstream and downstream components has yet to be demonstrated.

22 EIN3 - a mutigen family (5-6?) of transcription factors, targeting EBS in ERF1 (ethylene primary responsive-AP2/EREBP-transcription factors) - acts as a homodimer (in vitro) to activate ERF1 transcription - ERF1 binds GCC box in ethylene 2 nd responsive genes (e.g. PDF 1.2) - pre-existing TF, but not induced by ethylene; protein modification or accumulation is important

23 EIN2 - Nramp family of 12 membrane spanning motif metal ion- transporter - functional positioning ??? – metal ion as a secondary messenger??? - C-terminal end (cytosolic portion) can complement the mutant (not all, but subset of ethylene responses)

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25 etr1-1 in C 2 H 4 C2H4C2H4 air Col-0 in C 2 H 4 ctr1-1 ein2-1 ein3-1 Epistatic analysis between CER (ctr1-1) and ETR/EIN mutants – linear signaling pathway Biochemistry of ethylene signal transduction gene cloning – protein identity protein ID based functional positioning in signaling pathway manipulation of gene action in planta


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