Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

All is flux, nothing stays still … Herakleitos z Efesu 1 Kruger N.J. and Ratcliffe R.G.: Pathways and fluxes: exploring the plant metabolic network. J.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "All is flux, nothing stays still … Herakleitos z Efesu 1 Kruger N.J. and Ratcliffe R.G.: Pathways and fluxes: exploring the plant metabolic network. J."— Transkript prezentace:

1 All is flux, nothing stays still … Herakleitos z Efesu 1 Kruger N.J. and Ratcliffe R.G.: Pathways and fluxes: exploring the plant metabolic network. J. Exp. Bot. 63, 2243–2246, 2012

2 Módní tendence považovat výzkum na nižší úrovni složitosti za vědečtější vede snadno k atomizmu, tj. k dílčímu zkoumání podřízených systémů, aniž bychom se zajímali o to, jak jsou tyto systémy zabudovány do jednoho celku. Metodická chyba nespočívá tedy ve snaze redukovat biologické jevy – ta je vlastní všem badatelům. Metodický omyl spočívá v tom, že při pokusu o výklad nebereme v úvahu nesmírně složitou strukturu, v níž se tyto subsystémy sjednocují a jejíž zkoumání nás jediné může dovést k porozumění systémovým vlastnostem celku….. … Módní tendence považovat výzkum na nižší úrovni složitosti za vědečtější vede snadno k atomizmu, tj. k dílčímu zkoumání podřízených systémů, aniž bychom se zajímali o to, jak jsou tyto systémy zabudovány do jednoho celku. Metodická chyba nespočívá tedy ve snaze redukovat biologické jevy – ta je vlastní všem badatelům. Metodický omyl spočívá v tom, že při pokusu o výklad nebereme v úvahu nesmírně složitou strukturu, v níž se tyto subsystémy sjednocují a jejíž zkoumání nás jediné může dovést k porozumění systémovým vlastnostem celku….. Konrad Lorenz: 8 smrtelných hříchů, 1973 Konrad Lorenz: 8 smrtelných hříchů, 1973 Transport a distribuce látek v rostlinách Proč převážně o transportu a distribuci sacharidů ? Podaří se nám nezabřednout do podrobností a udržet celistvý obraz ? O čem bude přednáška ? Integrační role sacharidů ? Jak vytvořit ze „sítě“ „lineární posloupnost“ ? 2

3 Struktura přednášky  Transport látek a jeho význam pro rostlinu  Jaké látky jsou transportovány na dlouhou vzdálenost xylémem?  Jaké látky jsou transportovány na dlouhou vzdálenost floémem? Sacharidy - role sacharidů v rostlině  Chemické a fyzikální principy transportu vlastnosti vody, kapilarita, difúze, osmóza, hromadný tok, usnadněná difúze, aktivní transport  Pohyb látek v rostlině  Transport xylémem - vodní potenciál, transpirace, osmóza, aktivní příjem min. látek, kořenový vztlak  Transport floémem - Münchova teorie, pohyb hromadným tokem, význam nakládání a vykládání floému  Způsoby nakládání do floému, nakládání floému u dvouděložných, způsob nakládání do floému a tok vody, K + kanály  Stavba struktur podílejících se na transportu - membrány, plazmodezmy, vodivá pletiva  Vykládání sacharidů v sinku – apoplastem, symplastem, endocytózou,  Enzymy štěpící sacharózu - SuSy, invertázy 3

4  Metabolismus sacharidů v sinku  Transport do vakuoly - Vakuolární H + -ATPázy a H + -PPázy  Syntéza sacharózy a její regulace  Mobilizace škrobu v chloroplastu  Sacharózové transportéry Arabidopsis  Hexózové transportéry Arabidopsis  Protonové pumpy: H + -ATPázy plazmatické membrány  Transport sacharidů v produkční mezofylové buňce chloroplast – cytosol - vakuola  Syntéza a regulace syntézy dalších sacharidů: manitolu a RFO  Koncept zdroje a sinku – kompetice sinků, síla sinku  Koordinace zásobování sacharidy a růstu rostliny  Cukerná signalizace  Interakce a koordinace C a N metabolismu Struktura přednášky sacharóza hexokinázový systém systém nezávislý na hexokináze trehalóza-6-P SnRK1 4

5 Transport látek a jeho význam pro rostlinu Udržení stability vnitřního prostředí  Udržení stability vnitřního prostředí otevřený systém  problém každého organizmu: „konstantní“ vnitřní prostředí X výkyvy ve vnějším prostředí, komunikace s prostředím – výměna látek – příjem živin, eliminace metabolických produktů Regulace na vstupu i výstupu Výměna látek mezi částmi rostliny/buňkami  Výměna látek mezi částmi rostliny/buňkami rostlina je mnohobuněčný organizmus  specializace orgánů /pletiv/ buněk v rámci organizmu při zajištění jednotlivých funkcí (např. fotosyntéza, příjem min. živin) části rostliny - kořeny, nadz. část-žijí v odlišných podmínkách Nutnost vzájemného zásobování látkami 5

6 Transport látek a jeho význam pro rostlinu Reakce rostliny na vnější prostředí  Reakce rostliny na vnější prostředí Schopnost přijmout signál o změně prostředí omezena na určitý orgán, potřebná reakce může probíhat v jiné části rostliny Pohyb signálů i látek schopných zajistit metabolickou odpověď Pro zajištění  nutnost řízeného transportu látek Př: Př: Šlechtění na zvýšení výnosu Rychlost fotosyntézy Zvětšení síly sinku Zvýšení rychlosti transportu  Harmonizace růstu a vývoje jednotlivých částí rostliny Postembryonální vývoj - komunikace mezi jednotlivými částmi rostliny Pohyb signálů i živin 6

7 Jaké látky jsou transportovány na dlouhou vzdálenost xylémem ?  hormony: cytokininy, ABA, polyaminy  minerální živiny  aminokyseliny  sacharidy (myo-inositol, fruktóza, pinitol… )  proteiny  komponenty buněčné stěny (proteiny bohaté na glycin-vysprávka buněčných stěn xylému ?)  voda  lektiny (obrana)  organické kyseliny  oligosacharidy (oligoarabinogalaktany, oligoglukany, oligogalakturonidy ? Signál. Oligosachariny?)  chitinázy (obrana)  polysacharidy (hlavně arabinogalaktany ? řízení buněčné proliferace a expanze) Satoh, 2006, Ligat et al., 2011 Otázka ? Jaká je funkce jednotlivých organických složek xylémové šťávy a jak je řízena jejich syntéza v kořenovém parenchymu a pericyklu. Podrobnější analýza xylémových exudátů: xylém xylém: převážně minerální látky ? Relativní množství jednotlivých sloučenin N v xylému různých rostlinných druhů 7

8 Jaké látky jsou transportovány na dlouhou vzdálenost floémem ? Sledování pohybu látek v rostlině 17 stol. M. Malpighi Stopování radioaktivních látek Analýza floémového exudátu – naříznutý floém - mšice Rostliny obsahují velké množství sacharidů  nízký poměr N:C a S:C (živočichové vysoký poměr N:C a S:C) Floém obsahuje: % sušiny z toho 90 % sacharidy sacharidy  sacharidy Sacharóza – až 98 % všech cukrů ve floému (koncentrace až 20% w/v) Sacharidy rafinózové řady – rafinóza, stachyóza, verbaskóza Cukerné alkoholy – manitol, sorbitol, volemitol Hexózy - glukóza, fruktóza -jen ve velmi malé míře u některých druhů Ranunculaceae a Papaveraceae  80 % translokovaných sacharidů Floém: Floém: převážně asimiláty ? 8

9  aminokyseliny- nejvíce glutamová, asparagová, glutamin, asparagin  organické kyseliny – jablečná, citronová, šťavelová, jantarová  ATP – relativně vysoké koncentrace  hormony – auxiny, cytokininy, gibereliny, kys. abscisová  vitaminy  enzymy  mRNA  proteiny (FT), peptidy  siRNA, miRNA 9

10  aminokyseliny- nejvíce glutamová, asparagová, glutamin, asparagin  organické kyseliny – jablečná, citronová, šťavelová, jantarová  ATP – relativně vysoké koncentrace  hormony – auxiny, cytokininy, gibereliny, kys. abscisová  vitaminy  enzymy  mRNA Florigen = FT  siRNA, miRNA  proteiny (FT), peptidy 10

11 Kvetení Florigen = FT FT protein Protein FT-mobilní proteinový signál transportovaný floémem Corbesier et al miRNA399-mobilní signál transportovaný floémem… signalizace deficience P v listu do kořene Pant et al. (2008) FT protein 11 FD FT protein FT-FD

12  aminokyseliny- nejvíce glutamová, asparagová, glutamin, asparagin  organické kyseliny – jablečná, citronová, šťavelová, jantarová  ATP – relativně vysoké koncentrace  hormony – auxiny, cytokininy, gibereliny, kys. abscisová  vitaminy  enzymy Jejich hladiny přísně regulovány K +, Mg +, Na +, Ca 2+ PO 4 3-, SO 4 2-, nitráty nezjištěny (NiT ve floemu kořene, redistribuce nitrátů v kořeni)  anorganické látky  Viry, herbicidy  mRNA  proteiny (FT), peptidy  siRNA, miRNA  ATP – relativně vysoké koncentrace Jaké látky jsou transportovány na dlouhou vzdálenost floémem ?  sacharidy 12

13  Sacharidy Ovlivnění přímé : ovlivnění genové exprese  Enzymy sacharidového metabolizmu: UDPG- a ADPG pyrofosforylázy, SuSy, invertázy; Rubisco…  Enzymy nesouvisející přímo se sacharidovým metabolismem, např. syntéza patatinu, proteinázový inhibitor ll, glutaminsyntáza…  zdroj energie a uhlíku  kompatibilní solut; osmotikum, osmoprotektant (osmotický stres, sucho, zasolení, nízké teploty)  signál (ovlivnění metabolizmu, ovlivnění morfogenních procesů) Př: Př: zaškrcení kmene  indukce kvetení Ovlivnění nepřímé : ovlivnění aktivity jiné signální molekuly Př: Př: sacharóza  UDPG  GA –konjugát  snížení koncentrace volné GA SuSy GA 13

14 tuberizace bramboru Př: tuberizace bramboru Podporuje krátký den/tma krátký den/tma nízká teplota nízká teplota cytokinin cytokinin etylén etylén kys. jasmonová kys. jasmonová ABA ABAInhibuje dlouhý den dlouhý den vysoká teplota vysoká teplota GA GA etylén etylén  přísun N  přísun N cukr (sacharóza)  Přísun N růstové retardanty  růstové retardanty org. kyseliny org. kyseliny Př: květní indukce Lolium temulentum (LD rostlina) Indukce pod fotoperiodickou kontrolou – odpověď značně zesílena vysokým přísunem cukrů (změny v obsahu cukrů v apexu po indukci) Sinapis alba (LD rostlina) Indukce pod fotoperiodickou kontrolou ale !! Vysoký přísun cukrů (  ozářenost,  CO 2,  aplikace cukrů)  kvetení na krátkém dni (akumulace cukrů v apexu po indukci  změny v alokaci cukrů po indukci) 14

15 cukr Př: Př: Model indukce kvetení u Sinapis alba.  sacharóza v listech   transport sacharózy do kořene   syntéza cytokininů   transport cytokininů do nadzemní části  indukce kvetení Bernier et al., 1993 cytokinin 15 Kudo et al., 2010

16 cukr Př: Př: Model indukce kvetení u Sinapis alba.  sacharóza v listech   transport sacharózy do kořene   syntéza cytokininů   transport cytokininů do nadzemní  části  indukce kvetení Bernier et al., 1993 Cytokinin aplikace 15

17 cukr Př: Př: Model indukce kvetení u Sinapis alba.  sacharóza v listech   transport sacharózy do kořene   syntéza cytokininů   transport cytokininů do nadzemní  části  indukce kvetení Bernier et al., 1993 Cytokinin aplikace 15

18 cukr Př: Př: Model indukce kvetení u Sinapis alba.  sacharóza v listech   transport sacharózy do kořene   syntéza cytokininů   transport cytokininů do nadzemní  části  indukce kvetení Bernier et al.,

19 cukr Př: Př: Model indukce kvetení u Sinapis alba.  sacharóza v listech   transport sacharózy do kořene   syntéza cytokininů   transport cytokininů do nadzemní  části  indukce kvetení Bernier et al.,

20 cukr Př: Př: Model indukce kvetení u Sinapis alba.  sacharóza v listech   transport sacharózy do kořene   syntéza cytokininů   transport cytokininů do nadzemní  části  indukce kvetení Bernier et al., 1993 cytokinin 17

21 Př:Vytváření odnoží Př: Vytváření odnoží (Cynodon dactylon, Troskut prstnatý)  Obsah cukrů  Obsah cukrů FRR cukr Transport minerálních látek a organických látek – těsný vztah  Obsah cukrů Př: Deficience Mg 2+  omezení transportu asimilátů Mg 2+ ionty potřebné k fungováním plnění floému Př: Omezení příjmu fosfátů jako důsledek omezení transportu asimilátů do kořene Příjem fosfátů mg/hod noc den 18


Stáhnout ppt "All is flux, nothing stays still … Herakleitos z Efesu 1 Kruger N.J. and Ratcliffe R.G.: Pathways and fluxes: exploring the plant metabolic network. J."

Podobné prezentace


Reklamy Google