Entwicklungsbiologie der Pflanzen
Entwicklungsbiologie der Pflanzen
Entwicklungsbiologie der Pflanzen
Brassinosteroide Signalweg?
-Rezeptor BRI-1 (Rezeptorkinase in der Plasmamembran)
--> Kein Hormon --> Rezeptor von BRI-Inhibitor kontrolliert
- Corezeptor ist BAK 1 (membranständige Kinase)
=> Wenig BR: BRI durch Inhibitor inhibiert
=> Viel Br: Inhibitor von BRI gelöst; BAk aktiv
--> Transkriptionsfaktor B2R--> schaltet Br-Biosynthese ab
ABA Weg?
G-gekoppelte Rezeptor, einzige in Pfl
-cytosolische rezeptoren PYR/RCAR und ABI1 Teil des Protein phosphatase PP2C binden ABA im Komplex
--> Ohne ABA : SnRK -Phosphatase wird von PP2C inhibiert
--> mit ABA: Inaktivierung PP2C--> Phosphatase kann aktiv werden
--> physiologische Antwort (TF's und Ionenkanäle--> Ionenkanäle sind schnelle Antwort)
Salicylsäure Weg?
Rezeptor ist unbekannt
--> Schlüsselenzym ist NPR 1 , wird durch Sa Aktivität reduziert (aktive Monomerform, inaktive Dimerform)
--> NPR1 bindet im Kern an TGA's , dieser kann als Repressor UND Aktivator auf die transkription einwirken
- NPR-1 bindet an WRKY --> Transduktion von NPR-1
Erklären Sie die Steuerung von Sprossbildung und Apikaldominanz bei der Musterbildung bzw. Verzweigung durch Hormone.
Auxin -> fördert Apikaldominanz = Dormanz der Seitenknospen; Cytokinin antagonistisch -> Im Gleichgewicht; CK zum Auswachsen der Seitenknospen benötigt.
ABA-> hält Dormanz in anderen Geweben aufrecht
Strigolecton induziert Verzweigung
Phototropismus
-Signale zweier Lichtquellen können integriert werden -> Wachstum in optimalen Winkel
-Auxinabh. Wachstumbewegung- Auxinverschiebung zur lichtabgewandte Seite -> Krümmung
-blaulicht induziert Krümmung
Gravitropismus
-bewirkt nach oben gerichtete Sprosswachstum
-nicht nur Wurzelspitze, sondern auch im Spross
- in Wachstumzone, bei gerade Wachstum gleichverteilt, Auxinverschiebung führt zu Krümmung
Blattentwicklung
Auxinmaximum lokal im Sprossapikalmeristem führt zur Bildung eines Blattprimordiums -> PIN1 gestützt; nach Bildung des Primordiums wird Auxn weitertransportiert zum Ort des nächsten Primordiums
PIN-Expr. und weitere Faktoren lokal, je nach Phyllotaxis
Winkel des Blattansatzes am Spross Auxin-gestützt, ohne Auxin- kleinere und gewellte Blätter
CK-Mangel: weniger Leitelemente, weniger Parenchym, andere Topolopie des Nervatur
Ethylen fördert Seneszenz, Auxin-antagonistisch; CK hemmt Seneszenz
Blattform
verschiedene Blattformen, oft je nach Alter -> Gibberelin in juvenile Blätter und ABA - adulte morphologie.
Heterophylie: verschiedene Blattypen an selbe Pflanze je nach Position
Blattrand
-oft nur ein TF, bspw. KNOX (Homöobox) macht gezackten Rand bis hin zu lappig (bspw. Eiche)
-Organ-Separierung (Vermeidung des Verwachsen) durch boundery genes (JLO-jagged lateral organs) -> koordinieren PIN und KNOX
Blattsymmetrie
-oben/unten muss reguliert werden
-unbekannte Signal geht von Meristem durch Epidermis ins Primordium; central - adaxial, peripher -abaxial
-Phan -> adaxial und kan -> abaxial ; wt-beides
> loss of function zusätzlich führt zu radialen Blätter
Blattvaskualisierung
Auxin (Achsis durch Auxin-Rückstrom terminiert-> Gefäße höhere Ordnung) und Brassinosteoride (-Rezeptoren auf Blattfadern-> Netzbildung) wichtig
Stomataentwicklung und Funktion
Protodermzelle --SPEECHLESS, asymm. Teilung -> Meristemoide Mutterzelle --MUTE, Differenzierung -> Guardmutterzelle --FAMA, symmetrische Teilung-> Guard cell pair, zweite nebenzelle muss noch nachgebildet werden.
-SPEECHLESS; MUTE; FAMA sind Helix-Loop-Helix-Bereiche von TFs
ABA-> Schließen und Aufrechterhalten des Schlusses
Ca2+-Freisetzung aus Vakuole -> K+ und Anionenausstrom -> Wasser strömt nach -> Turgor fällt ab -> Zellen schließen
Welche genetischen Faktoren bestimmen Morphologie und Anatomie eines bifazialen Laubblattes?
(Blattgroße- Auxin, Blattform- GA, ABA)
Blattran: KNOX (Homöobox), boundary gene, z.B. JLO -> Steuern PIN nd KNOX
Blattsymmetrie: phan -> adaxial, kan -> abaxial
Stomataentwicklung : SPEECHLESS, MUTE, FAMA
Trichome
Epidermisauswüchse, Gene von TFs involviert
Initiation mit lokalen Auswachsen und Zellexpansion, dann Verzweigungsinitiation und ausschließlich Verfestigung u.a. durch Inkrustationen
Inhibitor. Signal in Arabidopsis verhindert übermässige Trichombildung
TFs-Komplex der Trichom initiiert, bildet auch mobilen Inhibitoren für Nachbarzellen
JA involviert
Blattbewegungen
nastische Bewegungen -> resultieren aus Bau des Organs/ auf Signal/Reiz antworten (Bsp. Spaltöffnung), energie und turgorabh. Bewegung, Licht reguliert oder zut Orientierung in Umwelt
Licht-> circadian, Tag-, Nacht-Rhytmus
Rankenbewegung: Umschaltung von nastisch zu tropisch nach Oberflächenreiz; JA-induzierbar, durch Fühltüpfel in Spitze der Ranke-> Ca2+-Freisetzung
-Biophyllum via Aktionspotential und spezifische Vakuolen in Gelenken; Es enthält Vakuolen mit speziell. Fibrillen, die sich zusammenziehen. (Mimosa)
(tropische Bewegungen -> gerichtete Bewegung (Bsp. Chemotropismus)-> nicht in Blattbewegungen!)
Seneszenz und Abszission
ABA, JA induzieren RIPs(Ribosome inaktivating Proteins), CK hemmt Seneszenz
Trenngewebe wird eingezogen (Auxin) und ausschließlich Aufgelöst(Ethylen)
Blüten
Resetting, Repression und Promotion-> reguliert durch Photoperiode (z.T. Vernalisation für Blühbildung nötig)
floral pathways -> floral Meristem |-- vegetative Signale, Repressoren, Resetters (bspw. ABA) bevor Promotion.
-Langtag, Kurztag, Tag-neutrale Pflanzen-> mit Störlicht beeinflussbar
-photoperiodischer Stimulus ist mobil -> ges. Pflanze blüht bei teilw. Belichtung -> Blattbelichtung notwending, Signaltransport
-Photoperiode, GA -> Blütenbildung |-- Ethylen, Stress, DELLA, ABA
-Blühzeitpunkt durch TFs reguliert, Hemmung von floralen Repressoren, floral pathway integrators
Welchen Effekt kann der Ausfall eines sogenannten homöotischen Gens bei der Blütenbildung haben?
MADS-Box-Gene, regulatorische Gene
3 Gene für 4 Organe, Überlappende Fkt.
A- Sepalen
A+B-Petalen
B+C-Stamina
C-Kapelle
-> schließen sich gegenseiig aus, bei Mutation der eine Aktivität kommt automatische andere vor-> ohne A: C, B+C, B+C, C -> keine Sepalen und Petale, wobei Positionen der Organe bleiben erhalten
Pflanzenhormone beeinflussen viele Aspekte der pflanzlichen Entwicklung. Geben Sie an, welche der im Folgenden zugeordneten Aussagen richtig sind!
Pflanzenhormone beeinflussen viele Aspekte der pflanzlichen Entwicklung. Geben Sie an, welche der im Folgenden zugeordneten Aussagen richtig sind!
Welche Bewegungen gibt es?
Tropismen (zum Reiz hin oder weg)
Nastien (durch Bau des Organs vorgegeben aber durch Reiz beeinflussbar)
Taxien (freie Ortsbewegung in Richtung eines Reizes)
Autonome Bewegungen (nur durch Bau des Organs gesteuert)
In welchen Stoffwechselwegen werden Pflanzenhormone produziert?
Eigenschaften von Pflanzenhormonen
niedermolekulare Substanzen
Wirkung in niedrigster Konzentration
konzentrationsabhängige Wirkung
Syntheseort nicht immer auch Wirkort
keine speziellen Bildungsgewebe, aber häufig in Meristemen
Interaktionen untereinander
viele unterschiedliche Wirkungen für ein Hormon
Eigenschaften Auxin
Funktionen des Auxins (IAA=Indol-3-Essigsäure)?
- Wurzelbildung
- Phototropismus, Gravitropismus
- Verteilung von Nährstoffen
- Blütenbildung und Geschlechtsbildung
- Apikaldominanz
- Leitbündelbildung, Kambiuminduktion
- Fruchtbildung
Wirkungsschema eines Hormons?
Produktion-->Transport-->Rezeptorbindung-->Signaltransduktion-->Effekte
Was ist der Unterschied zwischen Pflanzenhormonen und Wachstumsregulatoren?
Pflanzenhormone kontrollieren das Wachstum, Entwicklung und Bewegung
Wachstumsregulatoren sind künstlich hergestellte Substanzen, die eine hormonähnliche Antwort hervorrufen (Synergisten) oder inhibieren (Antagonisten)
Regulationsmechanismus Auxin ?
Indirekte Hemmung bei hoher Konzentration von Auxin
--> Auxin induziert Ethylenbiosynthese --> Ethylen (wachstumshemmend) induziert Abscisinsäurebiosynthese--> Hemmung Längenwachstum und Spaltöffnungen
Wie wirken Herbizide?
Bei Ethylenbiosynthese entsteht Cyanid--> Herbizide hemmen die Entgiftung
Wie werden IAA-Vorstufen hergestellt
Regulation der Auxinkonzentration
Über Konjugatbildung
FreeIAA--> GH3--> IAA Konjugat, dieser Vorgang ist reversibel
Abbau von Auxinen
über Oxindolessigsäure oder Indolacetylaspartat, danach weitere Abbaureaktionen
Was sind Cytokinine?
Funktionen von Cytokininen?
- Fördert Zellteilung
- Morphogenese
- Laterale Knospung
- Verzögerung der Seneszenz
- Öffnung der Spaltöffnungen
- Schneller Transport im Xylem
- Nährstoffverteilung
- Stammzellerhaltung
- Wurzelknotentwicklung
Inaktivierung von Cytokininen
durch konjugation ( Glucosidase, Isomerase--> reversibel) oder Degradation (Oxidase--> irreversibel)
Kompartimentierung von Ck in der Zelle?
- extrazellulär --> CK-Ribotide/CK-Basen
- intrazellulär --> CK-Ribotide/Ck-Basen
- Vakuole--> CK-o- und Ck-3-Glucoside
Gibberellin Funktionen
Meristemwachstum
Fruchtentwicklung
Brechen der Knospenruhe
Mobilisierung von Reservestoffen
Biosynthese von Gibberellinen
aus Fettstoffwechsel über Isopentylpyrophosphat
Gibberelline sind Diterpene(proplastid-->Endomembranen-->Zytoplasma)
Regulation von Gibberellinen
bei Anwesendheit von Auxinen Steigerung der Ga Synthese
Temperatur+ licht , Steigerung der Deaktivierung Ga
Aktives Ga --> Steigerung der Deaktivierung GA
Was sind Brassinosteroide?
pflanzl. Steroidhormone, diese ähneln den tierischen
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Lernkarten
3 Transportfamilien für Auxintransport
- PIN -Familie --> Auxin aus Zelle heraus --> Efflux
- AUX1/LAX --> Influx
- ABCB --> Stabilisierung von PIN
CK Transport
im Leitbündel transportiert--> unsppezifische Transportproteine PUP und ENT
GA Transport
polar , immer nach Unten
Brassinosteroid Transport
lokal , keine langen Distanzen
Strigolactine
- dämpfen polaren Auxintransport
ABA Transport
zwischen Organen in den Leitbündeln, verschiedene ungeladene und geladene Formen möglich
Transporter sind nötig (AtABCG)
Ja und SA Transport
unbekannt
Ethylentransport
Diffusion
Welche Rezeptoren der Signaltransduktion gibt es?
Auxin Signalweg
intracytosolische Auxin: Auxin bindet an TIR1 (Auxinrezepro), der ein Komponent von SCF ubiquitin ligase komplex SCFTIR1 ist, als molecular glue-> Ubiquitinierung von Inhibitor durch SCF ->Expression von Zielgene-> Biologische Fkt
extracytosolische Auxin bindet an ABP (auxin binding Proetin) -> polar auxin transport->weiter wie intracytosolisch (verstärkt)oder direkte Antwort
Wlche Phytohormone sind an der Wurzelentwicklung beteiligt?
Welche Umwelteinflüsse nehmen Einfluss auf die Wurzelentwicklung?
Was ist eine Pimärwurzel
Organbildung erfolgt aus Hauptanlagen der Wurzel
Welche Hormone steuern Primärwurzelbildung?
Wie entsteht ein Wurzelhaar?
- lokale Zellwandansäuerung, Expansin wird rekrutiert
- Aktivierung der Ionenkanäle--> erhöhter Turgordruck
- Elongation der der Ausstülpung und ZEllwandneubildung an der Spitze
Welchen Einfluss hat Ethylen auf die Wurzel
?
- Verringert Wurzelwachstum, aber stärkt Wurzelhaarbildung
Wie entsteht eine Seitenwurzel?
durch Auxin und/oder mechanischen Stimulus beginnt das Meristem sich asymmetrisch zu teilen (nur auf einer Seite)
Was ist Gravitropismus?
Orientierung in der Umwelt
Wo und Wie wird Gravitropismus wahrgenommen?
- Perzeption in Wurzelhaube
--> dort sind Statozyten , die Stärkekörner enthalten, die sich mit der Schwerkraft verlagern
-->weiterhin spielt Calcium eine Rolle
Wahrnehmung der Statholithen?
mechanischer Druck auf SAC binding filament führt zur Ionenkanalöffnunbg
Welches Hormon ist für das Krümmungswachstum an der Wurzelspitze verantwortlich?
Wie funktioniert das Krümmungswachstum? Welches Modell liegt dem zu Grunde?
Fountain Model des auxintransportes
Auxin fließt in Wurzelspitze
-->An der Wurzelkappe wird es entgegen der Statolithen wieder nach oben gepumpt
--> Bei den unteren Statolithen --> Auxin nach oben --> gerades Wachstum
-->Bei Statolithen seitlich --> auxin entgegengesetzt--> Einseitiges Wachstum führt zur Krümmung in Richtung der Statolithen
Welche Vorgänge sind für Wachstum nötig?
Welche Zellteilungsebenen gibt es?
- antiklin--> horinzontal zur Zellschicht
-periklin--> vertikal zur Zellschicht
Regulierende Hormone der Zellteilung
-CK , niedrige CK Konzentration verkürzt den Zellzyklus
- Meristemwachstum erfolgt durch GA
Welche Hypothese der Zellstreckung gibt es? Und wie funktioniert die Zellstreckung?
Säure Wachstumshypothese für Auxin - induzierte Zellelongation
- pH-Erniedrigung --> gesteigertes Wachstum
- pH-Erhöhung --> gesenktes Wachstum
-->Sauerstoffabhängig , desto mehr O2 desto mehr Wachstum
--> ATPase wird durch Auxin aktiviert , dadurch werden Zellwandeigene Enzyme (Expansin) aktiviert--> Lösung der Bindung zu Zellwandpolymeren
--> dies wird Turgorbedingte Zellwandstreckung genannt
Unterschied Zellstreckung und Zellteilung?
Zellstreckung benötigt viel weniger Energie, die Zellen werden nicht geteilt allerdings liefert Zellstreckung weniger Festigungselemente
Welche Hormone fördern Zellelongation/streckung?
Welcher Ausgangspunkt wird benötigt für Wachstum und Differenzierung? Und wo befinden sich diese Zellen?
Stammzellen
- befinden sich in Apikal und Wurzelmeristemen
Eigenschaften von Stammzellen?
--> sind ständig in der Lage neue Organe zu bilden
Nenne einen Wachstumsfaktor für ein Meristemkomplex
CLAVATA 3
Einwirkung unterschiedlicher Hormone auf Stammzellen
Auxin --> Stammzellerhalt
Auxin + Ck--> in richtigen Gleichgewicht für Differenzierung wichtig
Beteiligte Hormone an Embryonalentwicklung?
Beteiligte Hormone an Embryoreife?
Beteiligte Hormone an Reservestoffbereitstellung?
Beteiligte Hormone an der Keimung (fördernde)?
Beteiligte Hormone an der keimung (Hemmende)?
Beteiligte Hormone an Wachstum?
Beteiligte Hormone an Etiolierung (fördernd)?
Beteiligte Hormone an Etiolierung (hemmend)?
