Entwicklungsgenetik der Pflanzen II

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Transkript:

Entwicklungsgenetik der Pflanzen II Prof. Dr. Kay Schneitz Raum 119, E Biologie Pflanzen, WZW Tel: 08161 715438 Email: schneitz@wzw.tum.de http://plantdev.bio.wzw.tum.de http://plantdev.bio.wzw.tum.de/lehre/downloads

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Lehrbücher Smith, A.M., Coupland, G., Dolan, L., Harberd, N., Jones, J., Martin, C., Sablowski, R., Amey, A. (2010) "Plant Biology", Garland Science, UK Leyser, O., Day, S. (2003) Mechanisms in Plant Development Blackwell Publishing, Oxford, UK Westhoff, P., Jeske, H., Jürgens, G., Koppstech, K., Link, G. (1996) Molekulare Entwicklungsbiologie. Vom Gen zur Pflanze, Stuttgart, Georg Thieme Verlag Coen, E., (1999) The Art of Genes Oxford University Press

URLs... Generell: http://plantdev.bio.wzw.tum.de PDF/Podcast files (.pdf,.mp3,.m4v) http://plantdev.bio.wzw.tum.de/lehre/downloads Noten https://campus.tum.de/tumonline/webnav.ini Zugang mytum-kennung (MWNID)/Password

Mol. Entwicklungsgenetik der Pflanzen II - Inhalte 1 Photomorphogenese 05. 05. 11 KS 2 Skotomorphogenese 12. 05. 11 KS 3 Blühinduktion 19. 05. 11 KS 4 Meristemidentität 26. 05. 11 KS 5 Blütenorganidentität 09. 06. 11 KS 6 Blütenorganogenese 16. 06. 11 KS 7 Gametophyt/Apomixis 30. 06. 11 KS 8 Befruchtung/SI 07. 07. 11 KS 9 Parentale Kontrolle Samenentwicklung 14. 07. 11 KS

Prüfung 21. 07. 2011

Prüfungsanmeldung TUMonline zwingend!!! https://campus.tum.de/tumonline/ webnav.ini mytum-kennung / Password Prüfungs-ID: WZ0350 / Mol. E Genetik der Pflanzen II Wenn angemeldet --> Rückzug nur mit Attest (Prüfungsamt), ansonsten --> nicht angetreten und eine 5.0!!

Photomorphogenese Photomorphogenese Lichtrezeptoren Signaltransduktion durch Lichtrezeptoren Skotomorphogenese zirkadianer Rythmus

Pflanzen und Licht Energiequelle (Photosynthese) Informationsquelle (Photomorphogenese)

Arten der Lichtantworten Phototropismen direktionelles Verhalten induziert durch gerichteten Lichteinfall Photomorphogenese Entwicklung Weitere Prozesse: Blühinduktion, Samenkeimung, Stomatabewegungen etc etc etc

Weitere Parameter des Lichtes Aktionsspektren (Wirkungsspektren) Intensität (Photonfluss) Fluency Response (Anzahl Photonen pro Fläche) VLFR: very low fluency (0.1-100 nmol/m2) LFR: low fluency (1-1000 μmol/m2) HIR: high irradiance (kontin. Exp. > 1000 μmol/m2)

Welches Licht kann eine Pflanze erkennen? 395 490 540 590 650 750 UV-B UV-A IR

Welches Licht kann eine Pflanze erkennen? 395 490 540 590 650 750 UV-B UV-A IR UVR8 Chlorophylle NPH1/PHOT Phytochrome Cryptochrome Photorezeptoren UV-B, UV-A, Blau, Rot (Hellrot (R)/Dunkelrot (FR))

Keimlingentwicklung Dunkel Hell

Die Pflanzenentwicklung hängt vom Licht ab Skotomorphogenese Photomorphogenese co ah co lp hy Etioliert langes Hypokotyl Apikalhaken geschlossene Kotyledonen weisse Farbe hy De-etioliert kurzes Hypokotyl kein Apikalhaken offene Kotyledonen grüne Farbe erste Blattprimordien sichtbar

Photomorphogenese (PM) Hypokotylelongation Oeffnen des Apikalhakens Kotyledonenexpansion Initiation Blattentwicklung Plastidenentwicklung Hypokotyl Kotyledone Photosynthese Zellteilung/Expansion Regulation Genexpression Regulation Proteinstabilität Subzelluläre Lokalisierung

Licht beeinflusst die Genexpression

Mutanten mit Defekten in der Lichtantwort Licht Dunkel WT phy cry det cop fus Defekte in der Lichtperzeption Defekte in der negativen Kontrolle der Lichtantwort

Phototropismus

Phototropismus: Keimlinge richten sich aus Zeitlupe: 10 min Intervalle/5 h Zeitlupe: 10 min Intervalle/18 h

Mutanten mit Defekt im Phototropismus

Phototropin (PHOT) PHOT1 PHOT2 LOV1/2 PAS-Domänen binden FMN

Wirkungsspektrum des Phototropismus

Blaulicht-Chromophore Flavin FAD FMN

LOV-Domänen als Lichtsensoren

Tropismus, Auxin und differentielles Wachstum Asymmetrische Verteilung von Auxin im Organ Differentielles Wachstum Licht/ Schattenseite

Modell der Phototropismus-Signalkette PHOT Ca 2+ CaMK Auxin

Photomorphogenese Cryptochrome (CRY)

Blaulicht-Signaltransduktion involviert Cryptochrome Dunkel Blau WT cry WT cry Rot WT cry

cry Mutanten

Struktur der Cryptochrome Flavoprotein mit Homologie zu bakteriellen Photolyasen (DNA repair) Grösse: 496-867 aa Zwei Chromophore Pterin oder Deazaflavin FAD (Katalyse)

Biologische Funktionen von CRY in Ath De-etiolation Unterschiede CRY1/CRY2 Blühinduktion zirkadiane Rythmik

Blaulicht, CRY1 und Signaltransduktion: wo in der Zelle?

CRY1 befindet sich im Zellkern

Mögliche CRY Mechanismen Photolyase Intermolecular Redox Intramolecular Redox

PHOT1/2 vs CRY1/2 PHOT1/2 PM-Lokalisation Phototropismus Stomataöffnung CP- Bewegung CRY1/2 Kernlokalisation De-etiolierung Blühinduktion zirkadiane Rythmik Licht-reg. Ionenflüsse

Photomorphogenese Phytochrome (PHY)

Rotes Licht wird über Phytochrome empfangen Dunkel Rot WT cry WT cry Blau WT cry

Die Struktur des Phytochroms

PHY: Pflanzen vs Bakterien

PHY-Funktion während des Lebenszyklus

PHY: zwei photoconvertible Formen

PHY: Photoconversion Phytochrome vermitteln eine reversible Rot/Dunkelrot Antwort 5 PHYs in Ath: PHYA, PHYB, PHYC, PHYD, PHYE Typ I: PHYA, photolabil, in etiolierten Keimlingen Typ II: PHYB/C, photostabil, in grünen Pflanzen PHYA: naive und cycled Formen

Phytochromobilin Phytochromobilin lineares Tetrapyrol kovalente Bindung via Thio-Ether Verbindung spontane Assemblierung Pr und Pfr Absorptionsspektren überlappen

Arten der PHY-basierenden Lichtperzeption

PHYA/B Signaltransduktion

Rotlicht und Signaltransduktion: wo in der Zelle?

PHY: Rotlicht induziert Lokalisation im Kern

PHY ist im Zellkern aktiv

Direkter Einfluss des Lichtsignals auf Transkription PHYB interagiert mit zb PIF3 (bhlh) Interaktion nur mit Pfr-Form von PHYB PIF3 an G-box von Zielgen gebunden

PHYA reguliert ein Netzwerk von TFs Amplifikation Diversifikation

Zusammenfassung I Licht: Energiequelle und Informationsquelle Phototropismus Blaulicht PHOT1/2, lichtabhängige S/T-Kinasen LOV-Domänen/FMN/Photozyklus wahrscheinlich über Ca, CaMK, Auxin

Zusammenfassung II Blaulichtsignaltransduktion De-Etiolierung Blühinduktion zirkadiane Rythmik Cryptochrome (CRY1, CRY2) homolog zu Photolyasen Chromophore: Pterin und FAD findet sich dauerhaft im Zellkern

Zusammenfassung III Rotlichtsignaltransduktion De-Etiolierung vegetatives Wachstum Blühinduktion Phytochrome (PHYA- PHYE) S/T-Kinasen zwei reversible Formen: Pr vs Pfr Licht aktiviert PHY und induziert Kernlokalisation PHYs interagieren mit TFs TF-Gene frühe Zielgene der PHY-Signaltransduktion

THE END