Augu atbilde uz abiotisko stresu
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 41

Augu atbilde uz abiotisko stresu PowerPoint PPT Presentation


  • 156 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Augu atbilde uz abiotisko stresu . Nils Rostoks . Mācību plāns un lekciju saraksts . Stress . Stress – ārējie faktori, kas negatīvi ietekmē augu Abiotiskais stress – ārējie vides faktori, kas negatīvi ietekmē augus

Download Presentation

Augu atbilde uz abiotisko stresu

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Augu atbilde uz abiotisko stresu

Augu atbilde uz abiotisko stresu

Nils Rostoks


M c bu pl ns un lekciju saraksts

Mācību plāns un lekciju saraksts


Stress

Stress

Stress – ārējie faktori, kas negatīvi ietekmē augu

Abiotiskais stress – ārējie vides faktori, kas negatīvi ietekmē augus

Stresa ietekmi novērtē pēc augu izdzīvošanas spējas, ražības, biomasas akumulācijas, primārās asimilācijas procesiem

Stresa tolerance – auga sagatavotība pretoties negatīvai ārējās vides ietekmei

Stresa izturība un stresa tolerance – bieži lieto, lai apzīmētu vienu procesu


Aklimatiz cija un adapt cija

Aklimatizācija un adaptācija

  • Aklimatizācija – stresa tolerances pieaugums, ja augs ir iepriekš saskāries ar šo stresu

  • Adaptācija – auga ģenētiski determinēta stresa tolerance, kas radusies ilgstošā dabiskās izlases procesā


Lauksaimniec bas augu stresa tolerance

Lauksaimniecības augu stresa tolerance

  • Lauksaimniecības augi lielākoties aug ārpus sava dabiskā areāla, vides apstākļos, kuriem tie nav adaptēti

  • Piemēram, savvaļas kartupeļi veido bumbuļus tikai īsas dienas apstākļos. Kad kartupeļi nonāca Eiropā, tie adaptējās vietējiem apstākļiem un sāka veidot bumbuļus arī garas dienas apstākļos

  • Lauksaimniecības augi aug lielās platībās un tādējādi stresa faktoriem var būt liels efekts uz ražu un tās kvalitāti

  • Lauksaimniecības augiem var būt ļoti zema ūdens izmantošanas efektivitāte (liels transpirētā ūdens daudzums uz 1 g asimilētā CO2)


Abiotisk stresa veidi

Abiotiskā stresa veidi

  • Ūdens deficīts

  • Karstuma stress un karstuma šoks

  • Aukstuma stress un tolerance pret sasalšanu

  • Sāls stress

  • Skābekļa trūkums

  • Minerālvielu trūkums vai pārpilnība

  • Gaismas intensitāte un UV starojums

  • Bieži vien šie stresa veidi dabā tiek kombinēti

  • Gaisa piesārņojums un klimata izmaiņas


Stresa sign lce i

Stresa signālceļi

  • Signāli par to, ka augs ir pakļauts stresa faktoru iedarbībai var tik saņemti dažādā veidā, piemēram ar plazmas membrānas receptoriem, vai iekššūnas proteīniem

  • Signālu pārneses kaskādes (piemēram, MAP kināzes) novada signālu uz transkripcijas faktoriem kodolā, kas izmaina gēnu ekspresiju

  • Daudzu gēnu ekspresija tiek inducēta, bet citu gēnu ekspresija tiek represēta, kā rezultātā augā notiek izmaiņas metabolismā un fizioloģiskajās atbildēs


Augu atbilde uz abiotisko stresu

http://www.cropscience.org.au/icsc2004/symposia/3/6/1137_lafitte.htm


Augu atbilde uz abiotisko stresu

http://www.annualreviews.org/doi/pdf/10.1146/annurev-arplant-042809-112122


Abscizsk be un atv rsn u regul cija

Abscizskābe un atvārsnīšu regulācija

  • Abscizskābe (ABA) veicinaatvārsnīšu aizvēršanos ūdens trūkuma laikā

  • Viens no ABA receptoriem ir RNS saistošs proteīns (Razemetal. (2006) The RNA-binding protein FCA is an abscisic acid receptor. Nature, 439: 290). Bet nav vienīgais...

  • Atvārsnīšu aizvēršanos izraisa slēdzējšūnuturgora samazināšanās, ko rada K+ un anjonu transports no šūnas

  • ABA paaugstina Ca2+ koncentrāciju citoplazmā veicinot tā transportu no ārpusšūnas telpas un vakuolas. Šajā signālceļā ir iesaistīts arī ūdeņraža peroksīds un superoksīds


Augu atbilde uz abiotisko stresu

Songetal. (2008) Relationship between calcium decoding elements and plant abiotic-stressresistance. Int J BiolSci, 4: 116


S ls tolerance

Sāls tolerance

  • Samazināta sāls uzņemšana (augsta sāls koncentrācija vidē, zema sāls koncentrācija augā)

  • Sāls tolerance (augsta sāls koncentrācija vidē, augsta sāls koncentrācija augā)


Augu atbilde uz abiotisko stresu

Rengasamy (2006) World salinization with emphasis on Australia. J ExpBot, 57: 1017


Augu atbilde uz abiotisko stresu

Rengasamy (2006) World salinization with emphasis on Australia. J ExpBot, 57: 1017


Augu atbilde uz abiotisko stresu

Biotiskā un abiotiskā stresa signālceļi var būt saistīti

http://www.pnas.org/content/102/30/10736/


G nu ekspresijas p t jumi stresa ietekm

Gēnu ekspresijas pētījumi stresa ietekmē

  • Gēnu ekspresijas izmaiņas kāda specifiska stresa ietekmē liecina, ka šis gēns un tā sintezētais produkts ir saistīts ar stresa atbildi

  • DNS čipi ļauj vienlaicīgi analizēt (gandrīz) visus organisma gēnus

  • Salīdzinot normālus augus ar stresam pakļautiem augiem iespējams identificēt gēnus, kuru ekspresija izmainās stresa ietekmē

  • Gēni ar samazinātu ekspresiju (represija) un gēni ar paaugstinātu ekspresiju (indukcija)


Augu atbilde uz abiotisko stresu

Sausums

Nitrāti

Sāls

ūdens

K


G nu ekspresijas izmai as kop gas da diem stresa veidiem

Gēnu ekspresijas izmaiņas kopīgas dažādiem stresa veidiem


Vides sign li augu att st b

Vides signāli augu attīstībā

Vides faktori – tas nav tikai stress

Vides faktori nosaka auga attīstību, piemēram, ziedēšanas laiku vai augļu nogatavošanās laiku

Vernalizācija– aukstuma periods, kuram seko temperatūras paaugstināšanas, veicina ziedēšanu

Fotoperiods – auga atbilde uz dienas (gaismas perioda) ilgumu


Augu atbilde uz abiotisko stresu

Vasaras un ziemas labības šķirnes

Ziemas augšanas tips – savvaļas tips , kas kalpo kā pielāgojums, lai augi nesāktu augt un ziedēt jau rudenī

http://barleygenomics.wsu.edu


Vernaliz cija

Vernalizācija

Vernalization- яровизация – vernalizācija

Яровые – vasarāji, озимые – ziemāji

Яровизация atbilst vernalizācijai zinātniskā izpratnē, t.i., ziedēšanas veicināšana ziemājos, kuru izraisa dīgstu pakļaušana zemākas temperatūras ietekmei

Яровизация ir arī Trofima Lisenko izstrādāta agrotehnika, kas paredzēja, ka gan ziemāju, gan vasarāju sēklas pakļauj zemākai temperatūrai un tikai tad uzbriedušus graudus vai dīgstus pavasarī izsēj laukā. Tā nav labi pamatota zinātniski un tā nav praktiska


Augu atbilde uz abiotisko stresu

Figure 2. The influence of seasonal cues on shoot apex development in thetemperate cereals. Varieties that require vernalization are sown in late summer orautumn. The shoot apex develops vegetatively until winter, when vernalization

occurs. This promotes inflorescence initiation, which occurs as temperaturesincrease in spring. Long days in spring promote subsequent stages of

reproductive apex development; head emergence occurs in late spring or earlysummer.


Augu atbilde uz abiotisko stresu

In the temperate cereals, VRN2 represses FT and blocks longdaypromotion of flowering before winter. VRN2 is not expressed in the short days

of winter, when VRN1 is induced by prolonged exposure to cold. After winter,

VRN1 expression remains high. This promotes inflorescence initiation and

represses VRN2, to allow long-day induction of FT to accelerate reproductive

development. When flowering occurs, VRN1 expression is reset to establish the

vernalization requirement in the next generation.

Trevaskisetal. (2007) TiPS, 12:352


Augu atbilde uz abiotisko stresu

Karsaietal. (2008) Dissectingtheregulationmechanismsoffloweringinbarley: a geneticalphenomicsapproach. PlantGEMs 7, abstract


Augu atbilde uz abiotisko stresu

Yanetal. (2007) The wheat and barley vernalization gene VRN3 is an orthologue of FT. PNAS, 103: 19581


Augu atbilde uz abiotisko stresu

Cockrametal. (2007) Control of flowering time in temperate cereals: genes, domestication, and sustainable productivity. J ExpBot, 58: 1231


Auks na uztvere un sign lce i

Auksīna uztvere un signālceļi


Auks ns

Auksīns

  • Auksīni – savienojumi, kas radniecīgi indola-3-etiķskābei, un veicina augu šūnu elongāciju, šūnu dalīšanos, laterālo sakņu veidošanos un etilēna veidošanos, kā arī piedalās stresa atbildēs


Auks na sign lce i

Auksīna signālceļi

  • Auksīna receptors – TIR1 proteīns, kas ietilpst SCFTIR1ubikvitīnaligāzes kompleksā

  • Auksīnu saistošie proteīni – ABP proteīni no endoplazmatiskā tīkla un plazmas membrānām, kas spēj saistīt auksīnu un var kalpot kā papildu auksīna receptori

  • Aux/IAA gēni – primārās auksīna atbildes gēni, kas kodē represorus, kuri saista auksīna atbildes faktorus (ARF). Aux/IAA proteīnu noārdīšanu caur ubikvitīnaproteolīzes ceļu veicina SCFTIR1ubikvitīnaligāzes komplekss. Vienlaicīgi Aux/IAA gēni ir vieni no agrīnajiem auksīna inducētajiem gēniem


Auks na sign lce i1

Auksīna signālceļi

  • Auksīna atbildes faktori (ARF) – transkripcijas aktivatori, kuri veicina vēlo auksīna atbildes gēnu ekspresiju

  • Auksīna atbildes elementi (AuxRE) – promotera sekvences, pie kurām saistās ARF


Auks na receptors

Auksīna receptors

  • The ArabidopsisF-boxprotein TIR1 isanauxinreceptor. KepinskiandLeyser, 2005, Science

  • The F-boxprotein TIR1 isanauxinreceptor. Dharmasirietal., 2005, Science

  • Parāda tiešu dabiskā un sintētisko auksīnu saistību ar TIR1 proteīnu

  • Auksīna saistīšanās ar TIR1 proteīnu veicina BindingofAux/IAA proteīnu saistīšanu un ubikvitinizāciju


Auks na induc ta nu elong cija

Auksīna inducēta šūnu elongācija

  • Auxinbindingprotein (ABP57) fromricebinds H+-ATPaseinthepresenceofauxin (Kimetal. 2001, JBC)

  • H+-ATPase tiek aktivēta, vai sintezēta no jauna un veicina protonu plūsmu no šūnas, kas tālāk padara vaļīgāku šūnas sieniņu un dara iespējamu šūnu elongāciju (skābās augšanas hipotēze)


Abp1 un h atpase

ABP1 un H+-ATPase

  • Auxinbindingprotein ABP1 from maize maybind H+-ATPaseinthepresenceofauxin (Barbier-Brygoo, PNAS, 86:1989)

  • Expressionof maize plasmamembrane H+-ATPasegeneisinducedbyauxin (Friasetal. 1996)

  • Plazmatiskās membrānas H+-ATPase ir apmēram 100 kDa polipeptīds, kas saista ATP un katalizē H+ transportu ārā no šūnas


Protonu pumpji

Protonu pumpji

  • F-tipa H+-ATPase – atrodas mitohondriju un tilakoīdu membrānās, sastāv no vairākām subvienībām, izmanto protonu pārnesi caur membrānām, lai sintezētu ATP

  • P-tipa H+-ATPase – atrodas plazmatiskajā membrānā, apmēram 100 kDa polipeptīds, kas saista un šķeļ ATP un katalizē H+ transportu no šūnas, šī enzīma aktivācija ir viena no agrīnākajām auksīna atbildēm, kuras rezultātā notiek šūnas sienas paskābināšanās un ekspansīnu aktivācija


Auks na induc ta nu elong cija1

Auksīna inducēta šūnu elongācija

  • Auxin-dependentcellexpansionmediatedbyoverexpressedAuxin-BindingProtein 1 (Jonesetal., 1998, Science)

  • Theroleofauxin-bindingprotein 1 intheexpansionoftobaccoleafcells (Chenetal., 2001, Plant J)

  • Conditionalrepressionof AUXIN BINDING PROTEIN 1 revealsthat it coordinatescelldivisionandcellexpansionduringpostembryonincshootdevelopmentinArabidopsisandTobacco (Braunetal., 2008, PlantCell)


Auks na induc ta nu elong cija2

Auksīna inducēta šūnu elongācija

Zems auksīna līmenis ir saistīts ar šūnu elongāciju, bet paaugstināts ar šūnu dalīšanos

Braun et al., 2008


Auks na sign lu p rneses ce i

Auksīna signālu pārneses ceļi

???

SCFTIR1komplekss ar

auksīnu un Aux/IAA

ABP1 komplekss

ar auksīnu

Ubikvitīna atkarīgā

Aux/IAA degradācija

ABP1 + auksīns

+ H+-ATPase

ARF aktivācija un

vēlo auksīna atbildes

gēnu aktivācija

Auksīna koncentrācijas atkarīga

šūnu elongācija/dalīšanās u.c.

fizioloģiskie efekti


Auks na biosint ze un transports

Auksīna biosintēze un transports


Lapas malas veido an s morfolo ija

Lapas malas veidošanās morfoloģija

Bilsboroughetal. (2011) Model for the regulation of Arabidopsis thaliana leaf

margin development. PNAS 108: 3424


  • Login