+GA - SABİS

BÜYÜME
HORMONLARI:
OKSİN,
GİBERRELLİN VE
SİTOKİNİN
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
Biyosentez yerleri
Taşınım
şekilleri
Fizyolojik Etkileri
Hormon
Öncül
maddeleri
Oksin
Triptofan
Büyüyen tohumlar,
genç yapraklar ve
yaprak
primordiyumları
Hücreden
hücreye
polar
taşınımla
aktarılırlar
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
Sitokinin
Adenin ve fenil
üre türevleri
Kök uçları
Kökten
gövdeye
ksilemle
taşınırlar
Hücre bölünmesinin ve doku kültürlerinde
kök oluşumunun uyarılması, yaprak
senesensinin geçiktirilmesi, apikal
dominansinin çözülmesi
Giberellin
Mevalonik asit
Büyüyen tohumların
ve gövdenin genç
dokularında, kökte
sentezlenip
sentezlenmediği
bilinmemektedir
Ksilem ve
floemle
taşınırlar
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
Etilen
Metiyonin
Stres altındaki,
senesens ve
olgunlaşan dokular
Difüzyon ile
taşınırlar
Meyvelerin olgunlaşması, yaprak ve çiçek
senesensi, yaprak ve meyve absisyonunun
uyarılması
Absisik asit
Mevalonik asit
Olgun yapraklar ve
özellikle su stresli
dokular, tohumlar
Yapraklard
an diğer
organlara
floemle
taşınırlar
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
BİTKİSEL VE HAYVANSAL
HORMONLAR
•
•
•
•
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
HORMONLAR VE SİNYAL İLETİMİ
•
•
•
•
Sinyalin alınması-reseptörler
Plazma zarı, tonoplast, ER, nükleus
Protein kinaz ve protein fosfatazlar
Transkripsiyon faktörleri-fosforilasyon
OKSİNLER
 Charles Darwin, Boysen-Jensen, Paal
 Went deneyleri
 AUXINE = BÜYÜME
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
Tabii Oksinler
Sentetik Oksinler
Indol-3- asetik asit (IAA)
2-4-Diklorofenoksi asetik asit (2,4-D)
Indol-3-bütirik asit (IBA)
-Naftalenasetik asit (-NAA)
4-Kloroindol-3-asetik asit (4 Cl- 2-Metoksi-3,6-diklorobenzoik
IAA)
kamba)
Fenil asetik asit (FAA)
(Di
2,4,5-Triklorofenoksiasetik asit (2,4,5,-T)
N,N-Dimetiletilthiokarbamat
N,N-dimetiletiltiokarbamat
• Herbisit
• Antioksinler
asit
BAĞLI (KONJUGE) VE SERBEST
OKSİNLER
•
•
•
•
•
•
•
IAA esterleri: Glukoz, miyoinositol
Glukanlar, glukoproteinler
Bağlanma = İnaktivasyon
Oksin homeostatisi
Taşınma
Bozulmaya karşı korunma
Depolanma
OKSİN KONSANTRASYONUNUN
BELİRLENMESİ
1- Avena koleoptil kıvrılma testi: 0,02-0,2 mg/L
2- Koleoptil büyüme testi:
3- Analitik teknikler: 10-12 g, TLC, HPLC, GC, MS
4- Immünolojik analizler: 10-9 g (=1 ng)
5- Radyolojik yöntemler: 2H veya 15N
OKSİNLERİN TAŞINMASI
•
•
•
•
•
Aktif ve pasif taşınım
Kök ve gövdede lateral ve longitüdinal
Gövde ucu, kökler
Işık ve yerçekimi
Gelişim evresi, doku ve organ tipi
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
POLAR OKSİN TAŞINIMININ
DÜZENLENMESİ
 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-1,3dion (CPD)→Çıkış inhibitörü
 Naftoksiasetik asit (NOA) → giriş inhibitörü
OKSİN BİYOSENTEZİ
1
2
3
1: Triptofan aminotransferaz
2: Indolpürivat dekarboksilaz
3: NAD indolasetaldehit
dehidrogenaz veya
indolasetaldehit oksidaz
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
CO2
O
oksindol-3-asetik asit
FARKLI DOKULARIN OKSİNE
VERDİKLERİ CEVAPLAR
•
•
•
•
•
•
Hücre uzaması ve genişlemesi
Fizyolojik aralık 10-11-10-4 M
Köklerde 10-9-10-7 M
Köklerde 10-6-10-4 M
Gövdede 2x10-5 M
ETİLEN
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
- Organ ve doku yaşı
- Oksin konsantrasyonu
- Oksin tipi
- Diğer hormonlarla ilişkisi
- Dokunun durumu
OKSİNLER-ÇEPER GENİŞLEMESİ
Oksin
uyarısı
HÜCRE ÇEPERİ
Plazma
membranı
Hücre çeperi
Aktiv
asyon
Ekspansin
SİTOPLAZMA
Selüloz
molekülü
OKSİNLER-KÖK VE YAPRAK
BÜYÜMESİ
•
•
•
•
Çeper asidifikasyonu
Oksin etilen etkileşimi
Etilen inhibitörleri
Yaprak damarlarının büyümesi
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
OKSİNLER-LATERAL KÖK OLUŞUMU
•
•
•
•
10-6 M, primer ve
lateral kökler
Perisikl
Oksin-hücre
bölünmesi
• Kesme, yaralanma
• Arabidopsis’in alf
mutantları
OKSİNLER-MEYVE GELİŞİMİ
• Meyve büyümesi-polenlerdeki oksinler
• Tohumlar
• Partenokarpik meyve oluşumu
• Oksin-etilen etkileşimi
1) Oksinler akenlerde
üretilir.
2) Oksinler taşınabilir.
3) Oksin, reseptakulum
dokusunda hücre
genişlemesi ve
büyümesini başlatır.
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
OKSİNLERİN TİCARİ KULLANIMI
•
•
•
•
•
•
•
Köklendirme
Ananasta çiçeklenmeyi uyarma
Meyve ve yaprak absisyonunu önleme
Partenokarpi
Meyve seyrekleştirme
Herbisit
Sentetik ve doğal oksinlerin etki derecesi
OKSİNLERİN ETKİ MEKANİZMASI
•
•
•
•
•
Epidermis
Bekleme periyodu
Kararlı periyot
Siyanit ve azid inhibisyonu
Protein sentez inhibitörleri
OKSİNLER- GEN EKSPRESYONU
• AUX/IAA ve SCFTIR-reseptörler
• ARF (auxine response factor)-transkripsiyon
faktörleri
• Oksin yoksa;
• AUX/IAA + ARF → OKsin genlerinin
inhibisyonu
AUX/IAA
OKSİN
ARF
SCFTIR
PARÇALANMA
Gen ekspresyonu
AUX/IAA
ARF
AuxRe (oksin cevap elementi)
ARF
GELİŞİMSEL
CEVAPLAR
DNA
•
•
•
•
ABP1 (auxine binding protein) – oksin reseptörü
Fosfolipaz A2
AUX/IAA, SAUR ve GH3-erken cevap genleri
Glutatyon-S-transferaz – geç cevap genleri
GİBERELLİNLER
1950
 Kimyasal yapı belli
 Biyolojik aktivite????
 Boyuna büyüme (uzama)
 Cücelik genleri
GİBERELLİNLERİN AKTİVİTESİ
Hidroksil (OH) gruplarının yerleşimi
 GA1, GA3, GA19, GA4, GA7
 GA1, dönüşüm ve cücelik
 Cüce bitkilerde GA20
 Aktivite olarak GA1 > GA20
 GA3 mantarlarda
 Giberellinler-glukoz (COOH grubu; giberellin
glukozitleri)
 Giberellinler-glukoz (OH grubu; giberellinglikosil esteri)
Giberellin glukozidleri inaktif – DEPO??
ent-giberellan iskeleti
GA1 (19-C)
GA37 (20-C)
GA3
GA20 (19-C)
GA27 (20-C)
GİBERELLİNLERİN KEŞFİ
Ascomycetes, Giberella fujikuroi
 Bakanea (aptal fide) hastalığı
 1930’da kristal formda izolasyon→giberellin A1
 Karboksilik asit
 Giberellin A3 (GA3)
 Cüce, rozet formunda ve uzun bitkiler
 Tohumlar
 GAx
GİBERELLİNLERİN HAREKETİ
 Ksilem ve floem
 Taşınım genç dokulara doğru
 Çimlenen tahıl tohumlarındaki hareket
 Skutellum → Alevron tabakası
GİBERELLİNLERİN BİYOSENTEZİ
 İzopren birimleri
 4 izoprenoid birimi, 20 C’li terpenoidler
 GA12-aldehit → ÖNCÜ MADDE
 Hidroksilasyon ve oksidasyon
 19 C’li giberellinler
 Sentez-enzimatik reaksiyonlar
 Tohumlar (10-100 mg/g)
 Genç yapraklar, tomurcuklar
 Sentez ve aktivasyon yerleri
Plastid
Endoplazmik retikulum
Sitosol
Giberellinlerin Tayini
• UV ışınlarını absorbe etmezler
• Floresans özellikleri yok
•
•
•
•
•
Kağıt kromatografisi
İnce tabaka kromatografisi
HPLC, GC, MS
Reseptörler
İmmünolojik analizler
BİYOLOJİK ANALİZLER
1- Marul hipokotil uzama testi
2- Cüce pirinç mikrodamla testi
3- Hububat tohumlarında -amilaz testi
GİBERELLİNLERİN
FİZYOLOJİK ETKİLERİ
1- Gövde uzaması
- Le ve le genleri
- Normal bitkilerde GA1 fazla
- Le geni: GA20 → GA1
2- Cüce bitkilerde boy uzaması
B
A
C
D
Şekil 1. (A) Cüce mutant (-GA1); (B) Cüce mutant (+GA1); (C) Normal genotip (-GA1) ve
(D) Normal genotip (+GA1).
•
•
•
•
•
GA-uzama-açık yeşil-ince gövde-küçük yaprak
GA-20-oksidaz, GA-3-oksidaz
GA-2-oksidaz
Işık-sıcaklık
GA-absisik asit (ABA)
3- Uzun gün bitkilerinde boy uzaması
-
Aydınlıkta gövde uzaması yavaş, GA1 fazla
Aydınlık-GA duyarlılığı
Çiçeklenme için uzun gün
Kısa gün, GA20 GA19
Uzun gün GA20 GA19
Uzun gün koşullarında GA19 → GA20
4- Gençleşmeyi uyarır
- Odunlu çok yıllık bitki
- Hedera helix → GA3 gençleşme
- Koniferlerde → GA4 + GA7 → generatif
evreye geçiş ve üreme
5-Çiçeklenmeyi uyarır
• Marul, ıspanak
6- Vernalizasyon
• Çiçeklenme uyarısı
• Kışlık bitkiler
• İki yıllık bitkiler
7- Erkek çiçek oluşumu
•
•
•
•
Erkek çiçek oluşumu
Polen gelişimi
GA-GAMYB transkripsiyon faktörleri
gamyb mutantları-küçük ve polensiz çiçek
8- Meyve oluşumu ve büyümesi
OKSİN-GİBERELLİN
ETKİLEŞİMİ
• Sentez uyarımı
• Oksin-GA3oks transkripsiyonu
• Oksin-GA2oks inhibisyonu
9- Sel stresi ve gövde uzaması
• Çeltik
• DELLA proteinleri-GA duyarlılığını azaltır
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
11- Çimlenmeyi uyarır
• Stratifikasyon
• Işık-GA20 → GA1 dönüşümü-çimlenme
• Işık- GA-GA3ox geninin uyarılması
-amilaz
GA3
GA7
GA-reseptör-DELLA proteinlerinin bozulmasıGAMYB ekspresyonu-α-amilazın transkripsiyonuCa+2 birikimi-α-amilazın endosperme taşınması
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
Giberellinlerin Ticari Kullanımları
1- Meyve üretimi
2- Arpanın maltlaşması
3- Şeker kamışı verimi
4- Bitki ıslahı: Koniferler
5- Giberellin sentez inhibitörleri
SİTOKİNİNLER
Bitki hücrelerinde bölünmenin uyarılması
 Kesik organlarda senesensin geciktirilmesi
 Kotiledon genişlemesi
 Kloroplast olgunlaşması
 Besin maddelerinin taşınması
 Morfogenez
SİTOKİNİNLERİN KEŞFİ
 Domates suyu, maya ekstraktları
 Hindistan cevizi sütü
 Olgun ve farklılaşmış hücrelerde bölünme
 Kallus oluşumu
KİNETİNİN KEŞFİ
 F. Skoog (1945-1955)
 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
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
SİTOKİNİNLERİN BELİRLENMESİ
 HPLC
 Kütle spektroskopisi
 İmmünolojik metodlar
 Gaz kromatografisi
 Biyolojik analizler
- Genişleme testleri
- Senesensin geciktirilmesi
SİTOKİNİNLERİN HÜCREDE BULUNMA
ŞEKİLLERİ
 Serbest sitokininler
 Bağlı sitokininler
 Yüksek bitkilerde zeatin, dihidrozeatin ve
izopentil adenin
 t-RNA
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
SİTOKİNİNLERİN TAŞINIMI
 Kök apikal meristemleri
 Köklerden yapraklara pasif taşınım
 Transpirasyon akımı
 Ksilem sıvısı
 Su stresi
 Nükleotid???
 Zeatin ribosit
Sitokinin üretimi
• Kültüre alınmış hücreler
• Kallus oluşumu
• Alt kültür-oksin ve sitokinin üretimi
tümör dokusu
Kültür ortamı
ÇOĞALMA
• Ti plazmidi+bitki genomu
• Oksin ve zeatin genleri
• Trp→oksin dönüşümü
SİTOKİNİNLERİN BİYOSENTEZİ
 Serbest sentez
 t-RNA’ya bağlı sentez
 Sitokinin sentaz-kloroplastlar
SİTOKİNİNLERİN FİZYOLOJİK ETKİLERİ
1- Hücre genişlemesi
- Kotiledonlar
- Çeper asidifikasyonu yok
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
3- Morfogenez
4- Senesensin geciktirilmesi ve besinlerin
hareketi
5- Lateral tomurcuk üzerindeki etkisi
• Sitokinin/Oksin yüksekse tomurcuk gelişimi
• Eksojen sitokinin-tomurcuk gelişimi
• Apikal dominansi
6- Nodül oluşumu
• Sitokinin-nodülin genlerinin aktivasyonu
7- Kök ve sürgünlerde hücre bölünmesi
• KNOX genleri-IPT genleri-sitokinin sentezi
• KNOX genleri-GA20oks genleri-sitokinin/GA
oranı yüksek- yaprak primordiyumlarına
dönüşüm engellenir
Sitokininler-kök ve gövde apikal
meristemleri
• Köklerde vasküler doku farklılaşması
• Sitokinin yüksek-farklılaşma hızlı-büyüme
yavaş
• Sitokinin az-farklılaşma yavaş-büyüme hızlı
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