Genetyczne uwarunkowanie odporności na stres.

Transkrypt

1 1 Czynniki środowiskowe wpływające na rozwój roślin. 2 Strategie adaptacyjne. Genetyczne uwarunkowanie odporności na stres. 1

2 1 Czynniki środowiskowe wpływające na rozwój roślin. Co to jest stres?. Stres to działanie jakiegoś czynnika środowiskowego w takim nasileniu, Ŝe zaburza wzrost i rozwój organizmu Czynnik stresowy - stresor to czynnik wywołujący stres. 1 Czynniki środowiskowe wpływające na rozwój roślin. Typy czynników stresowych Biotyczne Abiotyczne wirusy, bakterie grzyby, nicienie owady Fizyczne chemiczne 2

3 2 Strategie adaptacyjne. Przystosowanie roślin do środowiska Przystosowanie organizmów do środowiska Ewolucyjnie wykształcona zdolność do przeŝywania niekorzystnych oddziaływań środowiskowych 2 Strategie adaptacyjne. Sposoby przystosowanie roślin do środowiska Ucieczka od warunków stresowych np. rośliny jednoroczne Unikanie stresu np. rośliny CAM Tolerancja

4 2 Strategie adaptacyjne. Unikanie stresu wywołanego czynnikiem chemicznym A Neutralizacja poprzez wydzielanie substancji do gleby B Zablokowanie pobierania C Ograniczenie przemieszczania D Tworzenie złogów 2 Strategie adaptacyjne. Tolerancja A Zdolność protoplastu do zachowania integralności funkcjonalnej i strukturalnej podczas działania stresu i po jego ustąpieniu. B Zdolność do niezakłóconego rozwoju w warunkach stresowych. 4

5 2 Strategie adaptacyjne. Tolerancja W warunkach stresowych, nietypowych dla środowiska naturalnego, roślina uruchamia dodatkowe procesy, które pozwalają jej przetrwać i stanowią swoistą reakcję alarmową. Mechanizmy dodatkowe wykształciły się podczas ewolucji, ale w przeciwieństwie do przystosowania typowego dla gatunku, w populacji obserwuje się polimorfizm pod względem stopnia odporności. 2 Strategie adaptacyjne. Tolerancja - adaptacje biochemiczne Typ stresu Osmotyczny Susza Wysoka temperatura Niska temperatura Wolne rodniki Metale cięŝkie Przykład Aminokwasy (prolina) Poliole (mannitol) Cukry (sacharoza, treehaloza) Nieenzymatyczne (mocznik, glicerol) Białka szoku termicznego Enzym - dezaturaza kwasów tłuszczowych Enzymy: PX, SOD, CAT Inne: karoten, antocjan Fitochelatyny, Kwasy organiczne Działanie Utrzymanie równowagi osmotycznej Regulacja aparatów szparkowych Ochrona struktury białek ObniŜenie temperatury zamarzania Detoksykacja Tworzenie kompleksów 5

6 Ogólny mechanizm odporności na stres Mechanizmy reagowania na stres są róŝnorodne i uwarunkowane wieloma genami. Podstawowym elementem odpowiedzi na stres jest zmiana ekspresji genów. Podstawowym mechanizmem odpowiedzi na stres jest produkcja specyficznych białek zwanych stresowymi lub obronnymi Białka stresowe - opiekuńcze chaperony A Syntetyzowane podczas stresu w zwiększonej ilości B Zapewniają prawidłową konformację przestrzenną innym białkom 6

7 ESTs indukowane podczas stresu Sekwencjonowanie ESTs (Expression Sequence Tags) Gatunek Oryza sativa protoplasy, NaCl Mesembryatheum crystalinum NaCl Tortula rulalis Susza Funkcja ESTs Geny enzymów glikolizy oraz cyklu kwasów trójkarboksylowych 15% więcej ESTs o nieznanej funkcji niŝ u roślin rosnących w warunkach optymalnych ESTs związane z przemodelowaniem proteomu Mniej ESTs związanych z fotosyntezą 70% ESTs reprezentuje nowe sekwencje ESTs indukowane podczas stresu Analiza przy pomocy mikrochipów (microarrays) Gatunek Saccharomyces cerevisiae 1 M NaCl Funkcja ESTs 2-krotnie silniejsza ekspresja około 00 ORF (5%) - 2-krotnie więcej transkryptu 200 ORF (%) wykazuje słabszą ekspresję 7

8 ESTs indukowane podczas stresu Analiza przy forward i reverse genetics Gatunek Arabidopsis thaliana NaCl Funkcja ESTs Gen SOS kodujący kalcyneurynę B odpowiada za dostarczenie jonów potasowych podczas stresu Gen SOS2 kodujący kinazę białkową aktywowaną przez AMP odpowiada za utrzymanie równowagi sodowopotasowej Ogólny mechanizm odporności na stres Reakcja lokalna (HR) Indukcja ekspresji genów Stres Białka stresowe Odpowiedź ogólna (SAR) 8

9 Mechanizm odporności na patogeny Odpowiedź lokalna (Hypersensitive response - HR) Uruchamiana 2-5 minut po infekcji, Ograniczenie dalszej inwazji patogena przez wytworzenie nekrotycznych zmian i obumieranie komórek,, Zmiany biochemiczne, Indukcja odporności ogólnej, Etapy reakcji HR 1 Rozpoznanie elycytorów - Cząsteczek sygnałowych kodowanych przez geny avr patogena Elycytory są rozpoznawane przez akceptory kodowane przez geny R roślin 9

10 Przykłady genów avr avr1 Pseudomonas syringae pv glicynea Gen kodujący syringolipidy Rozpoznawany przez gen Rpg4 soi Gen kodujący białko płaszcza wirusa mozaiki tytoniu TMV Rozpoznawany przez gen R-N tytoniu Przykłady genów R A Gen Pto u pomidora Koduje odporność na Pseudomonas syringae Koduje kinazę B Gen N u tytoniu Odporność na wirusa mozaiki tytoniu, TMV C Gen C19 Odporność na Cladosporium fulvum 10

11 Mechanizm HR - Gene for gene Patogen awirulentny geny avr Roślina odporna geny R Patogen awirulentny geny avr Roślina WraŜliwa geny r Patogen wirulentny Roślina wraŝliwa geny R Patogen wirulentny Roślina WraŜliwa geny r Etapy reakcji HR 2 Zmiana konformacji białek ściany komórkowej bogatych w prolinę Zmiany biochemiczne Zwiększona synteza fenoli, lignin i flawonoidów 4 Indukcja ekspresji genów kodujących białka obronne przez kwas salicylowy Chitynazy, glukonazy, białka PR 5 Przemieszczenie kwasu salicylowego floemem, indukcja ekspresji genów związanych z odpornością SAR 11

12 Mechanizm odporności na patogeny Odpowiedź ogólna (Systemic acquired resistance - SAR) Reakcja obronna poszczególnych komórek, Ekspresja genów związanych z produkcją specyficznych białek, Induktorem jest kwas salicylowy, Nadaje odporność na kilka tygodni. Mechanizm odporności na aluminium 12

13 Mechanizm odporności na aluminium Geny podlegające transkrypcji podczas działania Al wali4 Wali wali5 wali6 al201 glc1 al111 - gen liazy fenyloalaninowej - gen inhibitorów proteinazy - gen peroksydazy - gen S-transferazy glutaminianowej - gen homologa auksyny Mechanizm odporności na aluminium Zmiana ekspresji genu War u 2 odmian pszenicy pod wpływem Al 1

14 Zagadnienia egzaminacyjne plik: stresy.pdf 1. Co to jest stres? Rodzaje czynników stresowych 2. Co to jest odpowiedź lokalna i odporność ogólna.. Etapy reakcji HR 4. Hipoteza gene for gene 5. Przykłady genów R i avr. 6. Co to są białka opiekuńcze 14