Entwicklungsgenetik der Pflanzen II Prof. Dr. Kay Schneitz Raum 119, E Biologie Pflanzen, WZW Tel: 08161 715438 Email: kay.schneitz@tum.de http://plantdev.wzw.tum.de http://plantdev.wzw.tum.de/lehre/downloads Twitter: @PlantDevTUM, #plantdevtum FB: Plant Development TUM
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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
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Prüfung 02. 07. 2015
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!!
Mol. Entwicklungsgenetik der Pflanzen II - Inhalte 1 Photomorphogenese 16. 04. 15 KS 2 Skotomorphogenese 23. 04. 15 KS 3 Blühinduktion 30. 04. 15 KS 4 Meristemidentität 07. 05. 15 KS 5 Blütenorganidentität 21. 05. 15 KS 6 Blütenorganogenese 28. 05. 15 KS 7 Gametophyt/Apomixis 11. 06. 15 KS 8 Befruchtung/SI 18. 06. 15 KS 9 Parentale Kontrolle Samenentwicklung 25. 06. 15 KS
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
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
Vereinfachtes Modell der Phototropismus-Signalkette PHOT Ca 2+ CaMK Auxin
BL-Regulation von PHOT
PHOT reguliert Auxintransport
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 zirkadiane Rythmik Blühinduktion
Blaulicht, CRY1 und Signaltransduktion: wo in der Zelle?
CRY1 befindet sich im Zellkern
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 phy WT phy Blau WT phy
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