23. Abscisine zuur - hst 23 PDF

Preview

Summary

hst 23...

Description

Hoofdstuk 23 Abscisinezuur fysiologisch:    

regulatie van zaadontwikkeling en dormantie negatieve groeiregulator opening stomata (omgevingsstress) promoot senescentie, maar niet de abscissie als dusdanig

( Do r mi ne=Ans c i s i ne z uur =ABA)

1. Voorkomen, chemische structuur, meting van ABA ABA wordt bijna in alle cellen gesynthetiseerd waar een chloroplast of amyloplast aanwezig is. Chemische structuur  

ABA bevat 15 C-atomen, cfr. terminaal gedeelte carotenoïden alifatische ring met 1 C=C; 3 –CH3 groepen



onverzadigde keten eindigend op –COOH: cis – trans op C2; cis meest natuurlijk voorkomend



enantiomeren: C1’ is AKA o

S-vorm: alleen actief in stomatale respons

o

S + R-vorm: beiden actief in proteïnesynthese, zaadrijping

Synthese start in chloroplast: Begin: substraat isopentenyldifosfaat (IPP) = isopreeneenheid ook precursor van cyokinine, gibberellinen en brassinostreroïden  leidt tot de synthese van C40 xanthofyl: violaxanthine Synthese van Violaxanthine is gekatalyseerd door een enzym gecodeerd door ABA1 locus  ABA synthese verloopt via de carotenoïde weg  ABA deficiëntie leidt tot ‘vivipary’ = vroegtijdig germinatie van de zaden terwijl het fruit nog aan de plant hangt.  onder stress condities: conversie van trans-violaxanthine in trans-neoxanthine  isomerisatiereacties levert 9-cis-neoxanthine splitsing door NECD (9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase) levert 15-C xanthoxine (neutrale groei inhibitor)  migreert naar cytoplasma  oxidatie tot ABA-aldehyde  verdere oxidatie door abscisic aldehyde oxidase (AAO) tot abscisinezuur (ABA)

ABA concentraties in weefsels zijn heel variabel: fluctureren in respons op omgevingsfactoren of tijdens ontwikkeling: 

in zaden: tot 100-voudige toename (μmol) tijdens eerste dagen van de ontwikkeling, nadien daling tot lage niveaus tijdens maturatie



waterstress (dehydratatie): tot 50-voudige toename in bladeren

toename te wijten verhoogde expressie van enzymen, maar deze is weefsel specifiek: 

9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase in alle weefsels



ZEP, zeaxanthine epoxidase in zaden en wortels onder waterstress

Concentratie vrij ABA in cytosol gereguleerd door afbraak, compartimentatie, conjugatie en transport vb.: Cytosolisch ABA neemt toe tijdens waterstress als gevolg van synthese in het blad  een herverdeling binnenin de mesofylcellen –> import vanuit de wortel en recirculatie vanuit andere bladeren Concentratie ABA daalt opnieuw na bevloeiing als gevolg van afbraak en export uit het blad en door een verminderde synthese ABA inactivatie door oxidatie tot faseïnezuur en 4-dihydrofaseïnezuur of door covalente conjugatie aan een suiker

transport: zowel via xyleem als floëem maar meer in het floëem ABA wordt gesynthetiseerd in wortel maar kan via het xyleem naar de stengel: onder invloed van waterstress  eerst een accumulatie in de scheut vasculair systeem en dan pas in de wortels sluiting stomata daling in turgor van mesofylcellen kan voorkomen worden door directe applicatie van water aan de oppervlakte van de bladeren Op cellulair niveau: 

ABA distributie tussen de celcompartimenten volgens de aniontrap 

ABA- kan niet makkelijk membranen oversteken maar ABA gaat de cel binnen in de geprotoneerde vorm en accumuleert dan in alkalische compartimenten

eerste stadia waterstress  pH xyleem van 6.3 naar 7.2 stress geïnduceerd alkalinisatie (basisch worden) van de apoplast gaat meer ABA- vormen. Tegelijkertijd: dehydratatie verzuurt het cytosol waardoor ABA vrijkomt van de sites van de synthese en vermindert de opname van mesofylcellen. Deze pH veranderingen verhoogt de hoeveelheid ABA die de ‘guard’ cellen bereiken via de transpiratie stroom. Zo kan ABA verdeeld worden in het blad zonder dat het niveau moet stijgen .

Zie onderstaande figuur

Zaadontwikkeling: 

fase 1: celdelingen, embryogenese, endosperm



fase 2: celdelingen STOPPEN, accumulatie voedingsstoffen,



fase 3: dehydratie (tot 90%)  ontwikkeling valt stil (‘orthodoxe en ‘recalcitrant) quiescent

Zaden = Quiescent  bij rehydratie zullen ze ontkiemen Zaden= dormant  verschillende behandelingen voordat het kiemen kan gebeuren ABA hoeveelheid in een zaad is zeer laag vroeg in de embryogenese  bereikt maximum in het midden(van embryogenese) en gaat dan gradueel dalen hoe ouder het wordt. hormonale balans zaad: - zaadhuid van moederlijke weefsels - zygote en endosperm: bepaald door beide ouders

 maturatie zaad: mRNA codeert voor « late embryogenesis abundant proteins », zijn wateroplosbaar, basisch (glycine, lysine) en binden H2O bescherming membranen en proteïnen (verhindert kristallisatie  geen membraanschade)

zaadkieming: « herwinnen » van groei embryo, afhankelijk van omgevingsvoorwaarden zaaddormantie: zaden kiemen NIET, zelfs indien omgeving ideaal is! Dient voor een geografische verspreiding over een langere afstand, verhoogt ook de levenskans door kiemen onder slechte omstandigheden te voorkomen. Zaaddormantie kan veroorzaak worden door: zaadhuiddormantie: Embryo zal ontkiemen in de aanwezigheid van water, zuurstof en als de zaadhuid en andere omgevende weefsels weg gehaald zijn of kapot zijn.  embryo-dormantie: inherent in het embryo. Dormantie kan stopgezet worden als de cotyledone geamputeerd zijn - groei-inhibitoren: ABA - groei-promotoren: GA

 ABA/GA verhouding  daling resulteert in opheffen embryo-dormantie

 externe factoren die de embryodormantie opheffen :  « after ripening »: Vochtige inhoud gereduceerd door droging  « chilling »: Lage temperatuur en volledige hydratatie om te kunnen ontkiemen  ‘licht’ :hoeveelheid afhankelijk van de plant ABA sluit de stomata in respons op waterstress Redistributie of biosynthese van ABA is effectief voor het sluiten van de stomata. ABA accumulatie in gestreste bladeren speelt een belangrijke rol in de reductie van water bij transpiratie onder water stress condities. Verhoging in vochtigheid reduceert ABA concentraties door catabolisme te verhogen in het vasculair systeem en de buurcellen en zo de stomata de laten openen. ABA reguleert ionenkanalen en de plasma membrane ATPase in de buurcellen Sluiten stomata door reductie in turgordruk van de buurcellen door een efflux van K+ ionen openen K+-ionen gaat gepaard met membraan depolarisatie door ABA geïnduceerde depolarisatie van het membraan door netto-influx van positieve ladingen + transiënte toename in cytosolisch Ca2+ : van 50 – 350 nM (zelfs tot 1100 nM) (door combinatie van calcium influx + vrijkomen van interne opslagplaatsen)

Zie fig. 23.12/13 p 690/691

ABA activeert van Ca2+ geactiveerde trage (‘S-type) en snelle (R-type) anionenkanalen in plasmalemma  openen van deze kanalen laat ook een efflux toe van Cl- en malaationen(mee met het elektrochemisch gradiënt/ IC is negatief)  Dit veroorzaakt een sterk gedepolariseerd membraan  dit triggert de opening van K+ efflux kanalen. Naast de cytosolische calciumconcentratie te verhogen gaat ABA het cytosol ook meer basisch maken Dit verhoogt ook de activiteit van de kalium efflux kanalen op het plasmamembraan Abi1 mutatie: maakt de kaliumkanalen niet gevoelig voor pH veranderingen Naast het sluiten van stomata voorkomt ABA licht geïnduceerde stomatale opening. Nog een factor dat kan meespelen in de membraandepolarisatie is de inhibitie van het plasmamembraan H+-ATPase  ABA inhibeert indirect de het blauw licht gestimuleerde proton pompen door de buurcellen. ABA  verlaagt de activiteit van H+-ATPase  geholpen door 2 factoren:  

Cytosolische Calcium concentratie Basisch worden van het cytosol

ABA inhibeert inwaartse K+ kanalen, zijn normaal open bij hyperpolarisatie membraan door de H+ pomp inhibitie wordt veroorzaakt door hoge [Ca2+], gemediëerd door G-proteïne signalering calcium en pH beïnvloeden de membraankanalen:  verhinderen stomatale opening door inhibitie influx K + kanalen en H+ pompen  promoten stomatale sluiting door activatie van efflux kanalen (o.a. K + kanalen) ABA inhibitie van stomatale opening wordt geblokkeerd door Gα-subeenheid mutant MAAR ABA stimuleert nog steeds de sluiting  dit wijst erop dat de inhibitie van openen en stimuleren van sluiten 2 verschillende wegen zijn.  door grote ion effluxen, osmotisch verlies van water (tot 50%) -  extramembraan in vesikels door endocytose  omvat ABA geïnduceerde reorganisatie van actine cytoskelet gemediëerd door Rho GTPasen  signaaltransductie omvat proteïnekinasen en fosfatasen...