1 Citoquininas Tema 18

2 Objetivo Conocer los aspectos más relevantes de estos reguladores del desarrollo, que hacen referencia a la estructura química, metabolismo, efectos fisiológicos, rutas de señalización y expresión génica, así como a las aplicaciones comerciales.

3 Contenido Introducción Estructura Actividad biológica Metabolismo Transporte Efectos fisiológicos Mecanismo de acción Aplicaciones comerciales

4 Introducción

5 Un poco de historia… El descubrimiento de la auxina estimuló a buscar otros tipos de compuestos químicos que regulasen el crecimiento debido a que, al igual que ocurre en los animales, parecía improbable que el crecimiento y desarrollo de las plantas estuviese regulado sólo por una hormona. La búsqueda se concentró, especialmente, en hormonas que regulasen la división celular.

6 En 1892, Wiesner propuso la existencia de factores estimulantes de la división celular. En 1913, Gottlieb Haberlandt demostró que el tejido vascular tenía alguna sustancia capaz de estimular la división celular en células de parénquima de patata. En 1941, Johannes van Overbeek y más tarde F.C. Steward y sus colaboradores, descubrieron que el endospermo líquido del coco también tenía esta capacidad. En 1954, Jablonski and Skoog ampliaron el trabajo de Haberlandt mostrando que los tejidos vasculares contienen sustancias que estimulan la división celular.

7 En los años 1940s y 1950s, Skoog y colaboradores testaron muchas sustancias para probar la capacidad de inducir divisiones celulares en explantos de médula de tabaco cultivados in vitro. Observaron que la adenina tenía un ligero efecto promotor. En 1955, consiguieron preparar por tratamiento térmico de ADN de arenque un compuesto, la 6- furfurilamino purina, que promovía la división celular y la llamaron kinetina. NO ES SINTETIZADA POR LA PLANTA. A los reguladores que se incluían dentro de este grupo se les denominó citoquininas, debido a su aparente implicación en los procesos de citocinesis o división celular.

8 Estructura

9 Las citoquininas naturales son derivados de la base púrica adenina (6-aminopurina) Se clasifican atendiendo a la naturaleza química del sustituyente en el N de la posición 6 Citoquininas isoprenoidicas -Isopenteniladeninas (iP) -Zeatina (Z) -Dihidrozeatina [(diH)Z] Citoquininas aromáticas -Benciladeninas (BA) -orto-Hidroxibenciladenina -meta-Hidroxibenciladenina

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12 Citoquininas conjugadas Nucleósidos (ribósidos), conjugación con ribosa Nucleótidos (ribótidos), con el ácido ortofosfórico Glucósidos, con un resto de glucosa –Anillo de purina (N-glucósidos) N3,7,9 –Cadena lateral (O-glucósidos) Alanilderivados en N9 Metiltioderivados (CH 3 S-) en C2

13 Las citoquininas aparecen como bases inusuales de ciertos tRNA

14 Corynebactrium fascians Producción de CKs por agentes patógenos como bacterias, insectos y nemátodos libres Desarrollo de yemas axilares en dormición

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16 Actividad biológica

17 Se dice que un compuesto es una citoquinina si tiene actividades similares a t-Zeatina Inducir división celular en callo, en presencia de una auxina Promover la formación de yemas y raíces en callos en presencia de balances adecuados con auxinas Retrasar senescencia en hojas Promover la expansión de cotiledones Movilización de nutrientes

18 ¿Qué confiere actividad/inactividad a las citoquininas? La presencia de una cadena lateral en N 6 –Longitud de la cadena (4-6 C) –>Grado de insaturación >actividad Las sustituciones en diferentes posiciones del anillo de adenina reducen generalmente la actividad

19 Análisis e identificación Espectrometría de masas ELISA Bioensayos: –Promoción de la división celular –Retraso de la senescencia foliar –Promoción de la expansión celular –Inducción de síntesis de pigmentos

20 Metabolismo

21 Hidrólisis de los tRNA Síntesis de novo –Isopentenil transferasa

22 Degradación Z RZ iP N-glucósidos O-glucósidos DZ y conjugados Nucleótidos de CKs CKs aromáticas + - iP Adenina 3-metil-2-butenal Citoquinina oxidasa

23 Transporte

24 Se sintetizan en las zonas meristemáticas de la raíz Se transportan por la planta a través del xilema y floema (zeatin ribósidos)

25 Efectos fisiológicos

26 ¿Qué se pregunta la célula? CICLINASProductos (kinasas) de los genes CDC (cell division cycle) + CDK Puntos de control ¿ME REPLICO? ¿ME DIVIDO? Las citoquininas regulan el ciclo celular G1 G2 S(síntesis ADN) M

27 Auxinas y citoquininas regulan genes que codifican CDK CDK (Cdc2) Tratamientos con auxina -Raíces de guisante, aumentan a los 10’ RNAm Cdc2 -Médula de tabaco inducen altos niveles de CDK Observaciones: CDK inactiva Tratamientos con CKs -Activan fosfatasa que quita un fosfato inhibidor de la kinasa (Zang et al. 1996)

28 CYCD3 se expresa en tejidos proliferando activamente, como meristemos apicales y primordios jóvenes Elevan la expresión del gen CYCD3 (ciclina tipo D) importante en animales para remontar la fase G1 (Soni et al. 1995; Riou-Khamlichi et al. 1999) ….y Ciclinas

29 La relación auxina/citoquinina regula la morfogénesis en cultivos de tejidos (Skoog & Miller 1965)

30 LA DOMINANCIA APICAL Ramificación monopodialRamificación simpodial

31 El AIA sintetizado en el ápice caulinar se transporta en sentido basípeto y suprime el crecimiento de yemas laterales. La aplicación exógena de CKs promueve el desarrollo de las yemas axilares –Se propone que el ápice del tallo actúe de sumidero de CKs, limitando su distribución por la planta. Las plantas transgénicas superproductoras de auxinas exhiben más dominancia apical que las superproductoras de CKs. Desarrollo de yemas laterales

32 Retrasan la senescencia Senescencia Promotor de un gen específico de senescencia Región codificadora del gen IPT Isopentenil transferasa Citoquininas

33 -Movilización de nutrientes -Desarrollo de cloroplastos en oscuridad -Las CKs promueven la expansión celular

34 Pérdida espontánea en células cultivadas del requerimiento de CKs para crecer Habituación a CKs

35 Mecanismo de acción

36 El gen CKI1 codifica una proteína similar a los reguladores bacterianos de dos componentes y al receptor del etileno codificado por el gen ETR1

37 Modelo simple Se produce la autofosforilación del residuo de His El fosfato es transferido a un residuo de Asp Activación del dominio output del regulador de respuesta, que en muchos casos es un factor de transcripción Modelo de transferencia de fosfatos Transferencia de fosfato mediado por una proteína fosfotransferasa (Hpt), llamada AHP en Arabidopsis, entre el sensor y el regulador de respuesta, llamado ARRs

38 Aplicaciones comerciales

39 Ramificación lateral Fructificación (control del tamaño y forma del fruto) junto con giberelinas Agentes con actividad anticancerígena (citoquininas aromáticas sintéticas que inhiben selectivamente el ciclo celular)