wachstumsinhibierende Phytohormone (Übersicht)

Ethylene fruit ripeningsenecenceleaf abscission

HC

H HH

C

Abscisic acid stomatal closuredormancydesiccation tolerancecold tolerance O

COOHOH

Jasmonic acid-Isoleucine conjugate

pathogen responsewound response

O

COOH

Salicylic acid thermogenesispathogen response

OH

COOH

“Stresshormon” Sesquiterpen (alternativer Mevalonatweg)

vorwiegendeBildungsorte:

Abscisic acid

OCOOH

OH

reifende Samen

verschiedene Pflanzenteilebei Stresssituationen (v.a. Wassermangel)

Transport Wurzel zum Spross (Xylem)unpolare Diffusion

Ruhezustand

fördernde Wirkung

induziert Dormanz der Samen und Knospen- Gegenspieler zu GA -

Fruchtfallförderung (über Ethylen)

Wiederholung

Adaptionen bei Wassermangel

Stomataschluss

Trockentoleranz (spezif. Genexpression von Schutzproteinen)

Kältetoleranz (spezif. Genexpression von Schutzproteinen)

Watering

24 h

Desiccation

ABA

The resurrection plant Myrothamnus from Namibia

Wiederholung

Cell cycle Gene expression Turgor

OCOOH

OH ABAInhibitor des Wachstums

Antagonist von GA, Cytokinin, Auxininhibiert u.a. Cyclin-cdk-Komplex

Wiederholung

Biosynthese von ABA

Carotinoid Neoxanthinbzw. Violaxanthin (C40 Xanthophyll)

Neoxanthindioxygenase (NCED) spaltet in C15 Xanthoxin und C25 Molekülim Chloroplast

Oxidation von Xanthoxin über ABA-Aldehydzu Abscisinsäure im Cytosol

zeaxanthin

antheraxanthin

all-trans-violaxanthin

9-cis-violaxanthin

xanthoxin

abscisic aldehyde

ABA

all-trans-neoxanthin

9´-cis-neoxanthin

ABA1 VDE

ABA2

AAO

NCED

VDEABA1

OH

HO

C25 epoxy apocarotenal C25 allenic apocarotenal

HO O CHO

O OH CHO

O OH COOH

HO O

O

OH

HO

O

HO O

OHO

HO O

HOOH

HO O

HO

OH

Christmann et al 2003

npr

Inaktivierung:Glykosilierung über COOH-Gruppe (reversibel)Oxidation von ABA zur Phaseinsäure

In-vivo Genregulation

ABA-regulierteLuciferase Expression

ArabidopsisKeimling30 M ABA (24 h)

Glühwürmchen-LeuchtgenPflanzen-Genregulator

ABA

Protein + Substrat

Lichtemission

signal x2

Root of Arabidopsis seedling sensing water deficiency and relaying ABA hormone signal

along the vascular veins into the leaves (live image)

control

watershortage

vascular veins

cotyledon

stomates

Christmann et al. 2005

control

6 h

4 h

10 h

2 h

ABA-Signaling triggered by root-sensed water stress

1 mm

ABA-Antwort

“ABA-dreifach Antwort”

- Stomataschluss

- Wachstumsstopp

- Inhibierung der Samenkeimung

Analyse der Signalwandlung Schliesszellen von Commelina communis

ohne ABA 10 M ABA

g

Mutantensuche nachABA-insensitiven Arabidopsis-Keimlingen

10 M ABA

wt

wt

Mutantenerzeugung durch Punktmutagenese für Phänotyp-basierte positionelle Genklonierung

Mutantenerzeugung z.B. von Arabidopsis durch Mutagensbehandlung (z.B. Ethylmethansulfonsäure führt zu Transitionen: G nach A, C nach T)

A)

Isolation der gewünschten Mutanten durch spezifisches ScreeningB)

Genisolation durch Lokalisierung (Positonsbestimmung) des Gendefektes auf dem Genom durch Segregationsanalysen und anschliessender Mutanten-komplementation mittels Gentransfer

C)

abi1 Mutante von Arabidopsis Ist ABA-insensitive

Stoma von abi1Blatt unter Wasserstress

5 M

Stoma von WildtypBlatt unter Wasserstress

Structure of ABI1 and ABI2

ABI1

ABI2

abi1

EF-hand - like

protein phosphatase 2CN-terminal domain

1 93 105 434Gly Asp

1 90 423

Gly Aspabi2

putativeNLS

human PP2C

Protein phosphatases 2C

strict Mg2+-dependence

dephosphorylate P-Ser,P-Thr and P-His

no heteromeric complexes

no inhibitors

Tertiary Structure of human Protein Phosphatase 2C

catalyticsite channel

C-terminaldomain

Das et al. 1996

ABI1

ABA

RCAR12

Trp300

ABATrp300

O

-RS transABACOOH

OH

COOH

-R ABA

O

OH

COOH

-S ABA

O

OH

Bet V 1a RCAR1

Ma et al. (2009) Science 324, 1064Park et al. (2009) Science 324, 1068Miyazono et al. (2009) Nature 462, 609

RCAR1 +-

100

25

75

50

Phos

phat

ase

activ

ity(%

)

0 0

20

40

60

80

100

-100 0 100 200Time (s)

AB

I2 a

ctiv

ity(%

)

1µM S-ABA

t1/2 = 10 s

RCAR-mediated inhibition of ABI2 by S-ABA

++ +

R-ABA trans-ABA

-- +++

O

COOHOH

RS- transABAO

COOHOH

R-ABA

10 µM

OCOOH

OH

S-ABA

+ d--S-ABA +- + +1µM

Ma et al. (2009) Science 324, 1064

Isothermal calorimetry (ITC) reveals ABA binding to RCAR

RCAR1A

kcal

/mol

e A

BA

-6

-4

-8

app.Kd : 660 +- 80 nM

ABA/RCAR1 (molar ratio)

0

0 3 6

µcal

/sec

8,8

9,2

Time (min)100 2000

B

-2

9,0

ABI2+RCAR1

C

kcal

/mol

e A

BA

-100

-200

-300

app.Kd : 64 ± 8 nM

ABA/RCAR1 (molar ratio)

0

0 1 2

µcal

/sec

8

9

Time (min)100 2000

D

OST1SnRK2s

ABA

ABI5ABFs

mRNA

c/tACGTggcGC-rich

ABI4AP2s

ABI3

CE ABRE

Nucleus ABI1PP2Cs RCAR

Ca2+

CPK4CPK11

B

Anions

OST1

ABA

CytosolABI1PP2Cs RCAR

Apoplast

KAT1

K+

Ca 2+

SLAC1

Ca2+

CPK

A Rezeptor-phosphatase

Protein-kinase

Transkrip-tionsfakto-ren bzw. Ionenkanäle