Derivata Iniziale corticale. Funzione dei geni SHORT ROOT e SCARECROW Appartengono alla famiglia...
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Derivata
Iniziale corticale
Funzione dei geni SHORT ROOT e SCARECROW
Appartengono alla famiglia GRAS (GAI, RGA) di fattori di trascrizione
GIBBERELLIN-INSENSITIVE (GAI)REPRESSOR OF ga1-3 (RGA)SCR
Struttura GAI e RGA
RGA (rga) isolato come soppressore del fenotipo ga1
ga1 è un mutante della via di biosintesi delle GA (ha livelli ridotti di GA) e quindi è nano
RGA ha un’identità dell’82% con GAI
Tuttavia la mutazione gai determina un fenotipo nano
Le mutazioni gai e rga sono in domain diversi delle proteine
gai-1: delezione del dominio DELLA (17 aa)
rga: mutazione nel dominio repressore GRAS
RGA e GAI sono dei regolatori negativi della risposta alle gibberelline
Le GA inducono la degradazione di RGA e GAI
DIFFERENZIAMENTO DI XILEMA E FLOEMA
PROCAMBIO: genera il protoxilema e il protofloema e successsivamente il metaxilema
ed il metafloema. Il differenziamento è centripeto.
Radice di arabidopsis in struttura primaria
In arabidopsis il differenziamento in metaxilema arriva fino al centro del cilindro vascolare(manca il midollo)
WOODEN LEG (WOL)
Mutanti wol hanno un sistema vascolare costituito da solo Xilema
e un numero ridotto di file cellulari
WOL codifica per un recettore delle citochinine (AHK4)
+
-
CKs control root vascular development
In the root vascular cylinder, some cells in the procambium differentiate
into protoxylem cells (yellow arrows), others into metaxylem (yellow arrowheads) and others
into phloem (red arrowheads).
The cell walls of protoxylem have a
characteristic ringed structure not present in
the metaxylem.
From Mahonen, A.P., et al (2006). Cytokinin signaling and its inhibitor AHP6 regulate cell fate during vascular development. Science 311: 94-98.Reprinted with permission from AAAS.
CKs control root vascular development
From Mahonen, A.P., et al (2006). Cytokinin signaling and its inhibitor AHP6 regulate cell fate during vascular development. Science 311: 94-98.Reprinted with permission from AAAS.
In the wooden leg (wol) mutant of AHK4 all the vascular cells differentiate to
protoxylem.
A triple mutant of type-B ARRs or ahks causes the same phenotype
Argyros, R.D.,et al. (2008). Type B response regulators of Arabidopsis pay key roles in cytokinin signaling and plant development. Plant Cell 20: 2102-2116.
Protoxylem differentiation
causes the root to stop growing.
Overexpression of ARR22 causes a wol-like phenotype
These results suggests that the
wol mutation causes a severe inhibition of
CK signaling.
Kiba, T., Aoki, K., Sakakibara, H., and Mizuno, T. (2004). Arabidopsis Response Regulator, ARR22, ectopic expression of which results in phenotypes similar to the wol cytokinin-receptor mutant. Plant Cell Physiol. 2004 45: 1063-1077
CK prevents cells from differentiating into protoxylem
Adapted from Mahonen, A.P. et al (2006). Cytokinin signaling and its inhibitor AHP6 regulate cell fate during vascular development. Science 311: 94-98.
Procambium
Proto-xylem
CK
Other
A loss-of-function ahp6 mutant partially rescues the wol mutant
AHP6 is expressed in
the procambium cells destined to form protoxylem Pro-
cambium
Proto-xylem
AHP6CK
AHP6 interferes with CK signaling to permit protoxylem development
WTwol/ahp6wol
From Mahonen, A.P., et al (2006). Cytokinin signaling and its inhibitor AHP6 regulate cell fate during vascular development. Science 311: 94-98.Reprinted with permission from AAAS.
The wol phenotype is MORE severe than a loss-of-function mutation
WT wol
ahk4 ahk2,3,4
***
*
******
****
** ****
**
WT wol ahk4 (LOF)
The woodenleg (wol) mutant allele is more severe than a loss-of-
function ahk4 mutation. Instead, it resembles a loss –of-function of all
three CK receptors
Why is the wol mutation so severe?
H D
DH D H
H D
AHK2
AHK3
ahk4
Loss-of-function of the AHK4 receptor does not stop CK signaling. Why does the wol mutation stop CK signaling?
The wol mutation has a constitutive phosphatase activity
H D
DH D H
H D
AHK2
AHK3
wol
A point mutation switches the mutant wol protein into a constitutive
phosphatase that, like ARR22, removes phosphoryl groups from the
phosphorelay system.
Studies of the wol mutant have revealed that:
CK responses can be controlled temporally and spatially to specify
developmental fates.
Bidirectional transfer of phosphoryl groups and phosphatase activities
add complexity (and additional controls) to the phosphorelay
system.
Quattro aspetti principali:
Formazione continua del procambio durante lo sviluppo (polarità apice/base)
Generazione della asimmetria attraverso il procambio (polarità radiale)
Bilancio tra proliferazione cellulare e differenziamento dei due tipi cellulari
Acquisizione della identità xilematica o floematica in accordo alla asimmetria del procambio
DIFFERENZIAMENTO DI XILEMA E FLOEMA
Formazione continua del procambio durante lo sviluppo
Tessuto più interno nel pattern radiale
Evento primario
Evidenze che il processo sia innescato dal trasporto polare dell’auxina
(polarità apice/base)
Generazione della asimmetria nel procambio
strettamente associata alla generazione della polarità negli organi
(adaxiale/abaxiale nelle foglie e centrale /periferica nel fusto)
“BATTAGLIA” tra fattori HD-ZIPIII e geni KANADI
La generazione del’’asimmetria nel procambio è regolata dalla interazione tra
HD-ZIPIII e GENI KANADI
HD-ZIP III
REVOLUTA/INTERFASCICULAR FIBERLESS (REV)
PHABULOSA/ATHB14 (PHB)
PHAVOLUTA (ATHB9)
CORONA/ATB15 (CAN)
ATHB8
Nelle foglie mutazioni loss of function phan
promuovono la conversione adaxiale/abaxiale
I trascritti sono localizzati nel lato adaxiale
GENE PHANTASTICA di ANTHIRRINUM (fattore MYB)
mutazione phan in Anthirrinum, l’ortologo in arabidopsis è Asimmetric Leaves 1 (AS1)
determina la conversione adaxiale/abaxialegene di identità adaxiale
In arabidopsis mutanti phan o tripli mutanti rev/phb/phv
Sviluppano cotiledoni simmetrici radialmente con vascolatura abaxializzata
Mutazioni gain-of-function dei geni HD-ZIPIII
producono organi laterali adaxializzati e
sviluppano fasci vascolari in cui il floema
è circondato da xylema
Le mutazioni sono situate in una sequenza target per
miRNA165 o miRNA166 all’ interno di un dominio START
(sterol/lipid binding domain)
miR165 si accumula nel dominio abaxiale/floematico della foglia;
pattern complementare a quello di PHB
Homeodomain leucin zipper proteins
HD-ZIPIIIcontenenti un dominio START che lega lipidi
Phabulosa; Phavoluta; Revoluta
Fattori di trascrizione specifici per il latoadaxiale
La localizzazione nella regione adaxiale dei trascritti HD-ZIP è regolata da:
Geni KANADI (KAN) espressi nella regione abaxiale
(mutazioni recessive kan determinano adaxializzazione e
espressione ectopica degli HD-ZIP)
miR165 e miR166 sono espressi nel lato abaxiale delle foglie e nel floema
Pattern analogo a quello dei geni KANADI
I geni KANADI controllano l’espressione di miR165/166
REPRESSIONE dell’espressione dei fattori HD-ZIPIII
KANADI
HD-ZIP III
HD-ZIP III (miRNA)
I mutanti kan1, kan2, kan 3
fenocopiano i mutanti gain-of-function HD-ZIPIII
proliferazione/differenziamento cellule floematiche e xilematiche
I brassinosteroidi influenzano il differenziamento vascolare
In arabidopsis identificati due nuovi recettori dei brassinosteroidi omologhi a
BRI1 (LRR-receptor Kinase) espressi nel tessuto vascolare
L’analisi dei mutanti suggerisce che essi siano ridondanti e che
inducano il differenziamento dello xilema e reprimano la proliferazione
del floema
BRL1, BRL3
Quali geni sono attivati dalla via di signaling dei brassinolidi?
In cellule del mesofillo di Zinnia elegans i BR inducono il differenziamento in trachee
Il differenziamento coincide con l’espressione di omologhi dei geni HD-ZIPIII di arabidopsis
(ATHB8, ATHB15, REV)
In arabidopsis l’overespressione di ATHB8 induce proliferazione del
tessuto vascolare e differenziamento dello xilema
HD-ZIP III : regolatori positivi della proliferazione e del differenziamento del tessuto vascolare
ACQUISIZIONE IDENTITA’ XILEMA/FLOEMA
ALTERED PHLOEM DEVELOPMENT (APL): fattore MYB
Espresso nel floema
In mutanti apl (letali) si hanno elementi xilematici al posto dei floematici;
espressione ectopica di APL nella stele sopprime l’espressione del protoxilema e di parte del metaxilema ma il differenziamento delle cellule floematiche
è incompleto
Necessario ma non sufficiente per il differenziamento in floema
XILOGENO: identificato in trachee immature di Zinnia come un fattore di secrezione che promuove il differenziamento di cellule vicine
Piccola proteina con caratteristiche di arabinogalattanoproteina e lipid transfer protein (LPT)
È localizzato in maniera polare nella parte apicale di tracheee immature
Forse può interagire con steroli tramite il dominio delle LTP