Цитокинин

Цитокинины ( ЦК ) представляют собой класс растительных гормонов , которые способствуют делению клеток или цитокинезу в корнях и побегах растений. Они участвуют в первую очередь в клеток росте и дифференцировке , но также влияют на апикальное доминирование , рост пазушных почек и старение листьев .
Существует два типа цитокининов: цитокинины аденинового типа, представленные кинетином , зеатином и 6-бензиламинопурином , и цитокинины фенилмочевинного типа, такие как дифенилмочевина и тидиазурон (ТДЗ). [1] Большинство цитокининов аденинового типа синтезируется в корнях. [2] Камбий и другие активно делящиеся ткани также синтезируют цитокинины. [3] Цитокинины фенилмочевины в растениях не обнаружены. [4] Цитокинины участвуют в передаче сигналов на местном и дальнем расстоянии, используя тот же механизм транспорта, что и пурины и нуклеозиды. [5] Обычно цитокинины транспортируются в ксилеме . [2]
Цитокинины действуют совместно с ауксином , другим гормоном роста растений. Они дополняют друг друга, [6] [7] имеющие в целом противоположные эффекты. [2]
История
[ редактировать ]Идея о специфических веществах, необходимых для деления клеток в растениях, фактически восходит к немецкому физиологу Й. Визнеру , который в 1892 предположил, что инициация деления клеток вызывается эндогенными факторами, а именно, надлежащим балансом между эндогенными факторами. Несколько позже австрийский физиолог растений Г. Хаберландт сообщил в 1913, что из ткани флоэмы диффундирует неизвестное вещество, способное вызывать деление клеток в паренхиматозной ткани клубней картофеля . [8] В 1941 году Йоханнес Ван Овербек обнаружил, что молочный эндосперм незрелого кокоса также содержит этот фактор, который стимулирует деление и дифференцировку клеток у очень молодых эмбрионов дурмана . [9] [10]
Яблонски и Скуг (1954) расширили работу Хаберландта и сообщили, что вещество, присутствующее в сосудистой ткани, отвечает за деление сердцевинных клеток. [11] [12] Миллер и его коллеги (1954) выделили и очистили вещество клеточного деления в кристаллической форме из автоклавированной ДНК спермы сельди . [11] Это активное соединение было названо кинетином из-за его способности стимулировать деление клеток и было первым цитокинином, получившим такое название. Позже было идентифицировано, что кинетин представляет собой 6-фурфуриламинопурин. Позднее в общее название кинин было предложено включить кинетин и другие вещества, обладающие сходными свойствами. [8]
Первый встречающийся в природе цитокинин был выделен и кристаллизован одновременно Миллером и Д.С. Летумом (1963–65) из молочного эндосперма кукурузы ( Zea mays ) и назван зеатином. Летем (1963) предложил для таких веществ термин «цитокинины». [13]
Функция
[ редактировать ]Цитокинины участвуют во многих процессах растений, включая деление клеток и морфогенез побегов и корней. Известно, что они регулируют рост пазушных почек и доминирование верхушки. Согласно «гипотезе прямого ингибирования», эти эффекты обусловлены соотношением цитокинина и ауксина. [ нужна ссылка ] Эта теория утверждает, что ауксин из верхушечных почек перемещается вниз по побегам, подавляя рост пазушных почек. Это способствует росту побегов и ограничивает боковое ветвление. Цитокинин перемещается из корней в побеги, в конечном итоге сигнализируя о росте боковых почек. Простые эксперименты подтверждают эту теорию. При удалении верхушечной почки пазушные почки раскрепощаются, боковой рост увеличивается, и растения становятся более густыми. Применение ауксина к срезанному стеблю снова подавляет латеральное доминирование. [2] Более того, было показано, что цитокинин сам по себе не оказывает влияния на клетки паренхимы . При культивировании с ауксином, но без цитокинина, они вырастают большими, но не делятся. Когда цитокинин и ауксин объединяются, клетки расширяются и дифференцируются. Когда цитокинин и ауксин присутствуют в равных количествах, клетки паренхимы образуют недифференцированный каллус . Более высокое содержание цитокинина индуцирует рост почек побегов, а более высокое содержание ауксина индуцирует образование корней . [2]
Было показано, что цитокинины замедляют старение органов растений, предотвращая распад белка , активируя синтез белка и собирая питательные вещества из близлежащих тканей. [2] Исследование, регулирующее старение листьев табака, показало, что листья дикого типа желтели, в то время как трансгенные листья оставались в основном зелеными. Было высказано предположение, что цитокинин может влиять на ферменты, регулирующие синтез и деградацию белка. [14]
Недавно было обнаружено, что цитокинины играют роль в патогенезе растений. Например, было описано, что цитокинины вызывают устойчивость к Pseudomonas syringae у Arabidopsis thaliana. [15] и Никотиана табакум . [16] Также в контексте биологического контроля болезней растений цитокинины, по-видимому, имеют потенциальные функции. Продукция цитокининов Pseudomonas fluorescens G20-18 была определена как ключевой фактор, позволяющий эффективно контролировать заражение A. thaliana P. syringae. . [17]
Хотя действие цитокининов в сосудистых растениях описывается как плейотропное , этот класс растительных гормонов специфически индуцирует переход от апикального роста к росту через трехгранную апикальную клетку в мха протонеме . ЭтотИндукция почек может быть связана с дифференцировкой конкретной отдельной клетки и, таким образом, является очень специфическим эффектом цитокинина. [18]
Способ действия
[ редактировать ]Передача сигналов цитокининов у растений опосредована двухкомпонентной фосфореле. Этот путь инициируется связыванием цитокинина с гистидинкиназным рецептором в мембране эндоплазматического ретикулума . Это приводит к аутофосфорилированию рецептора, при этом фосфат затем переносится на белок-фосфопереносчик. Белки фосфопереносчика могут затем фосфорилировать регуляторы ответа типа B (RR), которые представляют собой семейство факторов транскрипции . Фосфорилированные и, таким образом, активированные RR типа B регулируют транскрипцию многочисленных генов, включая RR типа A. RR типа A отрицательно регулируют этот путь. [19]
Биосинтез
[ редактировать ]Аденозинфосфат-изопентенилтрансфераза (IPT) первую реакцию биосинтеза изопреновых цитокининов катализирует . Он может использовать АТФ , АДФ или АМФ в качестве субстратов и может использовать диметилаллилпирофосфат (DMAPP) или гидроксиметилбутенилпирофосфат (HMBPP) в качестве доноров пренила . [20] Эта реакция является лимитирующей стадией цитокининов биосинтеза . DMADP и HMBDP, используемые в биосинтезе цитокининов, производятся по метилэритритфосфатному пути (MEP). [20]
Цитокинины также могут продуцироваться переработанными тРНК в растениях и бактериях . [20] [21] тРНК с антикодонами , которые начинаются с уридина и несут уже пренилированный аденозин, соседний с антикодоном, высвобождают при деградации аденозина в цитокинин. [20] Пренилирование изопентенилтрансферазой этих аденинов осуществляется тРНК- . [21]
ауксин Известно, что регулирует биосинтез цитокинина. [22]
Использование
[ редактировать ]Поскольку цитокинины способствуют делению и росту растительных клеток , их изучают с 1970-х годов как потенциальные агрохимикаты , однако они еще не получили широкого распространения, вероятно, из-за сложной природы их эффектов. [23] Одно исследование показало, что применение цитокинина к хлопка рассаде привело к увеличению урожайности на 5–10% в условиях засухи. [24] Некоторые цитокинины используются в культуре тканей растений, а также могут использоваться для прорастания семян стимулирования .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Айна О, Кезенберри К, Галло М (2012). «Индуцированная тидиазуроном регенерация тканевой культуры из четвертованных семенных эксплантов Arachis paraguariensis» . Растениеводство . 52 (3): 555. doi : 10.2135/cropsci2011.07.0367 . S2CID 82510749 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Кэмпбелл Н.А., Рис Дж.Б., Урри Л.А., Кейн М.Л., Вассерман С.А., Минорский П.В., Джексон Р.Б. (2008). Биология (8-е изд.). Сан-Франциско: Пирсон, Бенджамин Каммингс. стр. 827–30. ISBN 978-0-555-03883-3 .
- ^ Чен CM, Эртл-младший, Лейснер С.М., Чанг CC (июль 1985 г.). «Локализация участков биосинтеза цитокининов в растениях гороха и корнях моркови» . Физиология растений . 78 (3): 510–513. дои : 10.1104/стр.78.3.510 . ПМЦ 1064767 . ПМИД 16664274 .
- ^ Мок Д.В., Мок MC (июнь 2001 г.). «Метаболизм и действие цитокининов». Ежегодный обзор физиологии растений и молекулярной биологии растений . 52 (1): 89–118. doi : 10.1146/annurev.arplant.52.1.89 . ПМИД 11337393 .
- ^ Сакакибара Х (2006). «Цитокинины: активность, биосинтез и транслокация». Ежегодный обзор биологии растений . 57 (1): 431–449. doi : 10.1146/annurev.arplant.57.032905.105231 . ПМИД 16669769 . S2CID 25584314 .
- ^ Шаллер Г.Е., Бишоп А., Кибер Дж.Дж. (январь 2015 г.). «Инь-Ян гормонов: взаимодействие цитокининов и ауксинов в развитии растений» . Растительная клетка . 27 (1): 44–63. дои : 10.1105/tpc.114.133595 . ПМК 4330578 . ПМИД 25604447 .
- ^ Гросскинский Д.К., Петрашек Ю. (февраль 2019 г.). «Ауксины и цитокинины – динамичный дуэт фитогормонов, регулирующих рост, направляющийся к новым берегам» . Новый фитолог . 221 (3): 1187–1190. дои : 10.1111/nph.15556 . ПМИД 30644580 .
- ^ Jump up to: а б Moore TC (1979), Moore TC (редактор), «Цитокинины» , Биохимия и физиология растительных гормонов , Нью-Йорк, Нью-Йорк: Springer US, стр. 147–180, doi : 10.1007/978-1-4684-0079- 3_4 , ISBN 978-1-4684-0079-3 , получено 17 июня 2022 г.
- ^ ВАН Овербик Дж., Конклин М.Э., Блейксли А.Ф. (октябрь 1941 г.). «Факторы кокосового молока, необходимые для роста и развития очень молодых эмбрионов дурмана». Наука . 94 (2441): 350–351. Бибкод : 1941Sci....94..350В . дои : 10.1126/science.94.2441.350 . ПМИД 17729950 .
- ^ Коллинз С. (14 августа 1964 г.). «Физиология растений: знания о живых растениях. Йоханнес ван Овербек и Гарри К. Вонг. Национальная ассоциация учителей естественных наук, Вашингтон, округ Колумбия, 1964. 160 стр. 50g» . Наука . 145 (3633): 698–699. дои : 10.1126/science.145.3633.698.c . ISSN 0036-8075 . S2CID 239878163 .
- ^ Jump up to: а б Амасино Р. (июль 2005 г.). «1955: появление кинетина: 50-летие нового растительного гормона» . Физиология растений . 138 (3): 1177–1184. дои : 10.1104/стр.104.900160 . ПМК 1176392 . ПМИД 16009993 .
- ^ Экардт Н.А. (1 ноября 2003 г.). «Новая классика исследований цитокининов: растения арабидопсиса с дефицитом цитокининов дают новое представление о биологии цитокининов» . Растительная клетка . 15 (11): 2489–2492. дои : 10.1105/tpc.151110 . ISSN 1040-4651 . ПМК 540265 .
- ^ Chen CM (1998-02-01), «Открытие цитокининов», «Открытия в биологии растений» , том. 1, WORLD SCIENTIFIC, стр. 1–15, doi : 10.1142/9789812817563_0001 , ISBN. 978-981-02-1313-8
- ^ Томас Х. (январь 1978 г.). «Ферменты мобилизации азота в отрывных листьях Lolium temulentum при старении» . Физиология растений . 142 (2): 161–169. дои : 10.1104/стр.116.1.329 . ПМК 35173 . ПМИД 24408097 .
- ^ Чой Дж., Ха Су, Кодзима М., Сакакибара Х., Пэк К.Х., Хван И (август 2010 г.). «Цитокинин-активируемый фактор транскрипции ARR2 способствует иммунитету растений посредством TGA3/NPR1-зависимой передачи сигналов салициловой кислоты у Arabidopsis» . Развивающая клетка . 19 (2): 284–295. дои : 10.1016/j.devcel.2010.07.011 . ПМИД 20708590 .
- ^ Гросскинский Д.К., Насим М., Абдельмохсен У.Р., Пликерт Н., Энгельке Т., Грибель Т. и др. (октябрь 2011 г.). «Цитокинины опосредуют устойчивость табака к Pseudomonas syringae за счет увеличения синтеза антимикробного фитоалексина независимо от передачи сигналов салициловой кислоты» . Физиология растений . 157 (2): 815–830. дои : 10.1104/стр.111.182931 . ПМК 3192561 . ПМИД 21813654 .
- ^ Гросскинский Д.К., Тафнер Р., Морено М.В., Стенглейн С.А., Гарсиа де Саламоне И.Е., Нельсон Л.М. и др. (март 2016 г.). «Продукция цитокинина Pseudomonas fluorescens G20-18 определяет активность биоконтроля против Pseudomonas syringae у Arabidopsis» . Научные отчеты . 6 : 23310. Бибкод : 2016NatSR...623310G . дои : 10.1038/srep23310 . ПМЦ 4794740 . ПМИД 26984671 .
- ^ Декер Э.Л., Фрэнк В., Сарнигхаузен Э., Рески Р. (май 2006 г.). «Биология систем мхов в пути: фитогормоны в развитии Physcomitrella». Биология растений . 8 (3): 397–405. Бибкод : 2006PlBio...8..397D . CiteSeerX 10.1.1.319.9790 . дои : 10.1055/s-2006-923952 . ПМИД 16807833 .
- ^ Хатчисон CE, Кибер Дж. Дж. (01 января 2002 г.). «Передача сигналов цитокинина у Arabidopsis» . Растительная клетка . 14 (Дополнение): S47–S59. дои : 10.1105/tpc.010444 . ПМЦ 151247 . ПМИД 12045269 .
- ^ Jump up to: а б с д Хван И, Сакакибара Х (2006). «Биосинтез и восприятие цитокининов» . Физиология Плантарум . 126 (4): 528–538. дои : 10.1111/j.1399-3054.2006.00665.x .
- ^ Jump up to: а б Мияваки К., Мацумото-Китано М., Какимото Т. (январь 2004 г.). «Экспрессия генов биосинтетической изопентенилтрансферазы цитокининов у арабидопсиса: тканевая специфичность и регуляция ауксином, цитокинином и нитратом» . Заводской журнал . 37 (1): 128–138. дои : 10.1046/j.1365-313x.2003.01945.x . ПМИД 14675438 .
- ^ Нордстрем А., Тарковски П., Тарковска Д., Норбек Р., Астот С., Долезал К., Сандберг Г. (май 2004 г.). «Ауксиновая регуляция биосинтеза цитокининов у Arabidopsis thaliana: фактор потенциальной важности для развития, регулируемого ауксином-цитокинином» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (21): 8039–8044. Бибкод : 2004PNAS..101.8039N . дои : 10.1073/pnas.0402504101 . ПМК 419553 . ПМИД 15146070 .
- ^ Копрна Р., Де Диего Н., Дундалкова Л., Спичаль Л. (февраль 2016 г.). «Использование цитокининов в качестве агрохимикатов». Биоорганическая и медицинская химия . Последние достижения в агрохимии. 24 (3): 484–492. дои : 10.1016/j.bmc.2015.12.022 . ПМИД 26719210 .
- ^ Яо С. (март 2010 г.). «Растительный гормон повышает урожайность хлопка в условиях засухи» . Новости и события . Служба сельскохозяйственных исследований (ARS), Министерство сельского хозяйства США.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Аграрес Удобрение с цитокининами
- Линкольн Т., Зейгер Э. (2010). «Глава 21: Цитокинины: регуляторы клеточного деления» . Физиология растений (5-е изд.). Синауэр. ISBN 978-0-87893-866-7 .
- Физиология растений: Цитокинин
- Регуляция старения листьев цитокинином, сахаром и светом