Docsity
Docsity

Prepara i tuoi esami
Prepara i tuoi esami

Studia grazie alle numerose risorse presenti su Docsity


Ottieni i punti per scaricare
Ottieni i punti per scaricare

Guadagna punti aiutando altri studenti oppure acquistali con un piano Premium


Guide e consigli
Guide e consigli


Auxina: ormone vegetale, Sbobinature di Fisiologia Vegetale

Scoperta e ruolo dell'Auxina, vie biosintetiche, trasporto, tropismi e effetti sullo sviluppo delle piante. Sbobinature del prof Mauro Marra, anno 2020

Tipologia: Sbobinature

2019/2020

Caricato il 11/08/2020

bettaluv
bettaluv 🇮🇹

4.4

(27)

59 documenti

1 / 6

Toggle sidebar

Questa pagina non è visibile nell’anteprima

Non perderti parti importanti!

bg1
Fu il primo ormone vegetale studiato nelle piante. Il segnale dell’auxina è stato trovato in ogni
aspetto della crescita e dello sviluppo delle piante. Sia le auxine che le citochinine sono necessarie
per la vitalità dell’embrione vegetale e a differenza degli altri ormoni sono richieste
continuativamente.
Alla fine del diciannovesimo secolo, Darwin e figlio incominciarono a studiare il ripiegamento della
pianta verso la luce (fototropismo). In alcuni esperimenti usarono piantine di scagliola le cui foglie
giovani sono incapsulate in una membrana chiamata coleottile; il coleottile e le pianticelle giovani
sono estremamente sensibili alla luce: se vengono illuminati da una sola parte, essi si piegano
verso la sorgente luminosa. I Darwin scoprirono che era la punta del coleottile che percepiva la
luce, poiché se essi coprivano la punta con un foglio (oppure la tagliavano) il coleottile non si
piegava. Ma la regione del coleottile responsabile del ripiegamento, definita zona di allungamento,
si trova sotto l’apice: si concluse che un certo stimolo di crescita era prodotto nell’apice , da qui
raggiungeva la zona di crescita e faceva si che la parte in ombra crescesse più velocemente.
Nel 1926, Went, dimostrò che la sostanza attiva che promuove la crescita può diffondere in un
blocchetto di gelatina. Tale blocchetto veniva poi posta da una parte o dall’altra dell’apice di un
coleottile reciso, e si poteva valutare la capacità della gelatina di indurre il ripiegamento in assenza
di luce unilaterale. Poiché la sostanza provocava l’allungamento di sezioni di coleottile, le si dette il
nome di auxina (auxein = crescere).
Nella metà degli anni '30 si isolò l'auxina: è l'acido 3-indolacetico (IAA). Successivamente furono
scoperte molte altre auxine nelle piante superiori, ma l'IAA è di gran lunga la più abbondante; tra
le altre auxine naturali troviamo l'acido 4-cloroindol-3-acetico nella pianta di pisello e l'acido indol-
3-butirrico nella senape e il mais.
Studio dei livelli di Auxina: Vi sono alcuni metodi che sono stati storicamente utilizzati per stimare
il contenuto di auxina di un determinato tessuto, come ad esempio la misurazione dell'angolo di
curvatura di un coleottile decapitato su cui veniva applicato un blocchetto di gelatina tratto dalla
purificazione del tessuto da analizzare, per capire quanta auxina relativa contenesse. Attualmente
si utilizzano dosaggi radioimmunologici che, mediante la somministrazione di anticorpi per l'auxina
(legata a una proteina specifica) marcati, permettono la misurazione quantitativa dell'auxina
presente in un tessuto. Un metodo ancora più preciso è mediante lo spettrometro di massa
(cromatografia ad alta pressione). Un'altra tecnica per osservare in vivo l'auxina è quella del gene
reporter: la pianta viene trasformata con un gene codificante per la beta-glucoronidasi, un enzima
che idrolizza un opportuno substrato rilasciando un colorante blu; questo gene è sotto il controllo
di un promotore preso da un gene che è sotto il controllo dell'auxina: in una pianta trasformata
con questo gene, il colorante compare dove ci sono i geni espressi sotto il controllo dell'ormone.
BIOSINTESI: è ospitata dai tessuti in rapida divisione e accrescimento, in particolar modo nei
meristemi apicali dei germogli e nelle giovani foglie. Il precursore dell'auxina è il triptofano, per
tanto la sua biosintesi è una diramazione della via biosintetica dell'amminoacido. Le tre principali
vie metaboliche vegetali e la via batterica per la biosintesi di IAA dipendente dal triptofano sono la
via TAM, la via IPA e la via IAN.
1) La via della triptammina (TAM) inizia con la decarbossilazione del triptofano per formare TAM.
Una serie di reazioni enzimatiche converte quindi la triptammina in indol-3-acetaldeide (IAAld),
pf3
pf4
pf5

Anteprima parziale del testo

Scarica Auxina: ormone vegetale e più Sbobinature in PDF di Fisiologia Vegetale solo su Docsity!

Fu il primo ormone vegetale studiato nelle piante. Il segnale dell’auxina è stato trovato in ogni aspetto della crescita e dello sviluppo delle piante. Sia le auxine che le citochinine sono necessarie per la vitalità dell’embrione vegetale e a differenza degli altri ormoni sono richieste continuativamente. Alla fine del diciannovesimo secolo, Darwin e figlio incominciarono a studiare il ripiegamento della pianta verso la luce (fototropismo). In alcuni esperimenti usarono piantine di scagliola le cui foglie giovani sono incapsulate in una membrana chiamata coleottile; il coleottile e le pianticelle giovani sono estremamente sensibili alla luce: se vengono illuminati da una sola parte, essi si piegano verso la sorgente luminosa. I Darwin scoprirono che era la punta del coleottile che percepiva la luce, poiché se essi coprivano la punta con un foglio (oppure la tagliavano) il coleottile non si piegava. Ma la regione del coleottile responsabile del ripiegamento, definita zona di allungamento, si trova sotto l’apice: si concluse che un certo stimolo di crescita era prodotto nell’apice , da qui raggiungeva la zona di crescita e faceva si che la parte in ombra crescesse più velocemente. Nel 1926, Went, dimostrò che la sostanza attiva che promuove la crescita può diffondere in un blocchetto di gelatina. Tale blocchetto veniva poi posta da una parte o dall’altra dell’apice di un coleottile reciso, e si poteva valutare la capacità della gelatina di indurre il ripiegamento in assenza di luce unilaterale. Poiché la sostanza provocava l’allungamento di sezioni di coleottile, le si dette il nome di auxina (auxein = crescere). Nella metà degli anni '30 si isolò l'auxina: è l'acido 3-indolacetico (IAA). Successivamente furono scoperte molte altre auxine nelle piante superiori, ma l'IAA è di gran lunga la più abbondante; tra le altre auxine naturali troviamo l'acido 4-cloroindol-3-acetico nella pianta di pisello e l'acido indol- 3-butirrico nella senape e il mais. Studio dei livelli di Auxina: Vi sono alcuni metodi che sono stati storicamente utilizzati per stimare il contenuto di auxina di un determinato tessuto, come ad esempio la misurazione dell'angolo di curvatura di un coleottile decapitato su cui veniva applicato un blocchetto di gelatina tratto dalla purificazione del tessuto da analizzare, per capire quanta auxina relativa contenesse. Attualmente si utilizzano dosaggi radioimmunologici che, mediante la somministrazione di anticorpi per l'auxina (legata a una proteina specifica) marcati, permettono la misurazione quantitativa dell'auxina presente in un tessuto. Un metodo ancora più preciso è mediante lo spettrometro di massa (cromatografia ad alta pressione). Un'altra tecnica per osservare in vivo l'auxina è quella del gene reporter: la pianta viene trasformata con un gene codificante per la beta-glucoronidasi, un enzima che idrolizza un opportuno substrato rilasciando un colorante blu; questo gene è sotto il controllo di un promotore preso da un gene che è sotto il controllo dell'auxina: in una pianta trasformata con questo gene, il colorante compare dove ci sono i geni espressi sotto il controllo dell'ormone. BIOSINTESI: è ospitata dai tessuti in rapida divisione e accrescimento, in particolar modo nei meristemi apicali dei germogli e nelle giovani foglie. Il precursore dell'auxina è il triptofano, per tanto la sua biosintesi è una diramazione della via biosintetica dell'amminoacido. Le tre principali vie metaboliche vegetali e la via batterica per la biosintesi di IAA dipendente dal triptofano sono la via TAM, la via IPA e la via IAN.

  1. La via della triptammina (TAM) inizia con la decarbossilazione del triptofano per formare TAM. Una serie di reazioni enzimatiche converte quindi la triptammina in indol-3-acetaldeide (IAAld),

che è quindi ossidata da una deidrogenasi specifica a IAA.

  1. Nella via del 3-indolacetonitrile (IAN), invece, il triptofano è prima convertito in indol-3- acetaldossima (IAOx) e poi in IAN. Successivamente, l'enzima che converte IAN in IAA è definito nitrilasi.
  2. La via batterica, infine, è quella che utilizza l'indol-3-acerammide (IAM) come composto intermedio ed è utilizzata da molti batteri patogeni. Le auxine prodotte da questi batteri inducono spesso cambiamenti morfologici. Oltre alle vie dipendenti dal triptofano gli studi genetici indicano che le piante possono sintetizzare IAA tramite una o più vie indipendenti dal triptofano. Studi su mutanti auxotrofici per il triptofano di Arabidopsis stabilirono, infatti, che il ramo di inizio per la sintesi di IAA è sia l'indolo sia il suo precursore, l'indolo-3-glicerol fosfato. A parte i siti di sintesi, una porzione significativa di auxina presente nei tessuti è legata covalentemente a composti con alto e basso peso molecolare. Questo è il caso particolare dei semi e negli organi di riserva, quali i cotiledoni. Queste auxine coniugate o “legate” sono inattive ormonalmente. L'IAA è però rapidamente liberato da molti, ma non tutti, i coniugati tramite processi enzimatici. Il metabolismo di coniugati di auxina è il fattore principale nella regolazione della concentrazione di auxina libera. Inoltre, fattori ambientali come la luce e la gravità hanno dimostrato un effetto sia sulla velocità di coniugazione dell'auxina (rimozione di auxina libera) sia sul tasso di rilascio di auxina libera (idrolisi di auxina coniugata). Comunque, gli ormoni sarebbero inutili come segnali di sviluppo se si accumulassero nel tempo. Il catabolismo dell'auxina assicura la degradazione dell'ormone attivo quando la concentrazione eccede il livello ottimale o quando la risposta dell'ormone è completata. Come per la sua sintesi, la degradazione enzimatica (ossidazione) dell'IAA può coinvolgere più di una via metabolica. Per un determinato periodo si è pensato che la decarbossilazione dell'IAA a 3-metilenossindolo fosse la via principale di degradazione in quanto le perossidasi sono ubiquitarie nelle piante superiori. Ma vi sono altre due vie coinvolte nella degradazione dell'auxina: i prodotti finali di queste vie sono l'acido ossindolo-3- acetico (OxIAA) e l'OxIAA-glucosio, per una via, e il coniugato IAA-aspartato è ossidato a OxIAA in un'altra via. La distribuzione dell'IAA e dei suoi metaboliti è stata, invece, studiata in cellule di tabacco. Circa un terzo dell'IAA è presente nel cloroplasto e il resto è localizzato nel citosol. Il triptofano è sintetizzato nel cloroplasto e un determinato numero di enzimi per la biosintesi dell'IAA contiene sequenze di localizzazione nel cloroplasto. Da ciò deriva che una parte della sintesi dell'IAA possa avvenire nel cloroplasto. TRASPORTO: Gli assi principali del germoglio e della radice, insieme alle loro ramificazioni, mostrano una polarità strutturale apice-base dipendente dalla polarità del trasporto dell'auxina. L'auxina, infatti, si muove principalmente dall'apice alla base (cioè, basipetamente) in singole sezioni di ipocotili: questo tipo di trasporto unidirezionale è definito trasporto polare. L'auxina è l'unico ormone di crescita delle piante ad essere trasportato polarmente ed è presente in quasi tutte le piante, comprese le briofite e le felci. Siccome l'apice del germoglio è la fonte principale di auxina per tutta la pianta, il trasporto polare contribuisce alla formazione di un gradiente di auxina dal germoglio alla radice; tale gradiente longitudinale agisce sui vari processi di sviluppo, compreso lo sviluppo embrionale, l'allungamento del fusto, la dominanza apicale, la cicatrizzazione delle ferite e la senescenza fogliare. I primi studi sul trasporto polare sono stati fatti

la membrana dalla forza proton-motrice. A questo punto, quando l'IAA entra nel citosol (dove il pH è circa 7,2), si dissocia quasi tutto nella forma anionica; poiché la membrana è meno permeabile all'IAA- dell'IAAH, l'IAA- tenderà ad accumularsi nel citosol. Comunque, la maggior parte dell'auxina che entra nella cellula esce tramite carriers di efflusso di auxina anionica, localizzati nella parte basale delle cellule. Secondo il modello chemiosmotico il trasporto di IAA- (forma anionica dell'auxina) fuori dalla cellula è generato dal potenziale di membrana negativo all'interno e avviene attraverso una famiglia di proteine note come proteine PIN. Queste sono proteine integrali di membrana; sono localizzate nella parte basale della cellula, ma possono anche orientarsi in modo diverso a seconda dei tipi cellulari: ad esempio la proteina PIN2 si localizza nella parte basale delle cellule del cortex ed in quella apicale delle cellule epidermiche. Le proteine PIN dirigono il flusso di auxina nella pianta: ad esempio in un embrione PIN 1 ricircola l'auxina dal meristema apicale alla radice (verticale in basso), mentre PIN 3 trasporta l'ormone verso il parenchima vascolare (lateralmente). Inoltre le PIN hanno un tempo di vita abbastanza breve e sono soggette a riciclo endocitotico, per essere poi rilocalizzate. Esistono anche degli inibitori del trasporto dell'auxina che interferiscono con il riciclo endocitotico; questi inibitori possono essere sia sintetiche (NPA) che naturali (cisteina). Bisogna ricordare, inoltre, che l'auxina è anche trasportata in modo non polare nel floema. Infatti, gran parte dell'IAA sintetizzato in foglie mature è trasportato al resto della piante tramite un trasporto floematico non polare. Nella pianta l'auxina, insieme agli altri componenti del floema, si può spostare da queste foglie verso l'alto o il basso a velocità di gran lunga superiori a quelle del trasporto polare, sempre attraverso il modello “da sorgente a pozzo”. Comunque, il trasporto polare non è indipendente dal trasporto floematico e viceversa. Infatti studi di marcatura radioattiva indicano che l'auxina possa essere trasferita dalla via floematica non polare alla via di trasporto polare. TROPISMI: Anche se l'accrescimento delle piante può essere soggetto a diversi fattori ambientali, tre principali sistemi di guida controllano l'orientamento dell'asse vegetale:  Il fototropismo, o crescita verso la luce, è espresso in tutti i fusti e in alcune radici. Questa crescita viene stimolata dalla luce blu;  Il gravitropismo, o crescita in risposta alla gravità, permette alle radici di crescere nel suolo verso il basso (gravitropismo positivo) e ai fusti di crescere verso l'alto, lontano dal suolo (gravitropismo negativo, perché va contro la forza di gravità); Come abbiamo visto, i primi dettagli riguardo il meccanismo del fototropismo sono stati forniti dagli esperimenti di Darwin che dimostravano come i siti di percezione e accrescimento (ripiegamento) sono separati. Quando un fusto cresce verticalmente l'auxina è trasportata polarmente all'apice in accrescimento alla zona di allungamento. La polarità del trasporto auxinico dall'apice alla base segue lo sviluppo indipendente dall'orientamento gravitazionale. Comunque, l'auxina può anche essere trasportata lateralmente e questo movimento laterale dell'auxina è alla base del modello per i tropismi proposto indipendentemente da Nicolai Cholodny e Frist Went negli anni '20. Secondo il modello Cholodny-Went , gli apici dei coleottili delle graminacee sono

siti di elevata concentrazione di auxina e possiedono due funzioni specializzate:

  1. la percezione di uno stimolo luminoso unilaterale;
  2. il trasporto laterale di IAA in risposta allo stimolo fototropico. Così in risposta ad uno stimolo luminoso direzionale, l'auxina prodotta nell'apice invece di essere trasportata basipetamente è trasportata lateralmente verso la zona in ombra. Due flavoproteine, le fototropine 1 e 2, sono i fotorecettori per la via di segnale della luce blu che induce il ripiegamento fototropico dei coleottili di avena a condizioni di fluenza sia bassa che elevata. Le fototropine sono delle proteine chinasi autofosforilanti la cui attività è stimolata dalla luce blu. Nei coleottili il gradiente nella fosforilazione della fototropina sembra indurre il movimento laterale dell'auxina verso la parte in ombra del coleottile. Quando l'auxina raggiunge la parte in ombra dell'apice essa è trasportata basipetamente verso la zona di allungamento, dove stimola la distensione cellulare. L'accelerazione della crescita nella zona in ombra e il rallentamento nella parte illuminata porta alla curvatura verso la luce. La stessa acidificazione dell'apoplasto, inoltre, sembra avere un ruolo nell'accrescimento fototropico. Il pH apoplastico della parte in ombra del fusto o del coleottile che si piega fototropicamente è più acida della parte esposta alla luce e la diminuzione del pH aumenta il trasporto dell'auxina incrementando sia la velocità di ingresso dell'IAA nella cellula che i meccanismi di efflusso causati dal potenziale protonico chemiosmotico. In accordo con l'ipotesi dell'accrescimento acido questa acidificazione dovrebbe aumentare l'allungamento cellulare. Entrambi i processi, l'aumento dell'assorbimento di auxina e della distensione cellulare nella zona d'ombra, contribuiscono a causare il piegamento verso la luce. Per quanto riguarda, invece, il gravitropismo, le prime prove sperimentali indicarono che l'apice del coleottile può percepire la gravità e ridistribuire l'auxina verso la parte sottostante. L'unico modo per percepire la gravità è attraverso il movimento di un corpo in caduta o in sedimentazione; ovvi candidati come sensori di gravità nelle piante, quindi, sono i grandi e densi amiloplasti. Questi amiloplasti sono di densità sufficientemente elevata, in relazione al citosol, da poter facilmente sedimentare sul fondo della cellula. Gli amiloplasti che agiscono da sensori di gravità sono detti statoliti e le cellule specializzate alla percezione della gravità in cui si trovano sono definite statociti. Nei germogli e nei coleottili la gravità è percepita nello strato amilaceo, uno strato di cellule che circonda i tessuti vascolari del germoglio. Nelle radici, invece, la percezione della gravità dipende dalla cuffia. Negli statociti del cilindro centrale, o columella, della cuffia vi sono dei grandi amiloplasti che rispondono gravitropicamente. Infatti, la rimozione della cuffia dalle radici annulla il gravitropismo radicale senza inibire l'accrescimento. Precisamente, come gli statociti percepiscano lo spostamento degli statoliti è poco chiaro; secondo un' ipotesi il contatto fra gli amiloplasti in sedimentazione e il reticolo endoplasmatico posto vicino alla membrana plasmatica nella parte inferiore della cellula dà via alla risposta. Questa ipotesi amido-statolite per la percezione della gravità è avvalorata da numerose ricerche. Anche se le cuffie radicali contengono piccole quantità di IAA ed acido abscissico (ABA), l'IAA inibisce di più la crescita della radice di quanto non lo faccia l'ABA quando sono applicati direttamente nella zona di allungamento; quindi l'IAA è solitamente considerato “l'inibitore della cuffia”. In accordo con questa conclusione, mutanti di Arabidopsis carenti in ABA possiedono un normale gravitropismo della radice, mentre le radici di mutanti in difetto nel trasporto di auxina presentano risposte