Auksin Mempercepat peningkatkan Perluasan dari Dinding sel

O. Auksin Mempercepat peningkatkan Perluasan dari Dinding sel

Bagaimana auksin menyebabkan lima sampai sepuluh kali lipat peningkatan dalam tingkat pertumbuhan hanya dalam 10 menit? Untuk memahami mekanisme, pertama kita harus meninjau proses pembesaran sel pada tumbuhan lihat Bab 15. Sel tumbuhan berkembang dalam tiga langkah: 1. Serapan osmotik air melintasi membran plasma didorong oleh gradien potensial air AYw. 2. Tekanan turgor menumpuk karena kekakuan dinding sel. 3. Biokimia melonggarkan dinding terjadi, memungkinkan sel untuk memperluas dalam menanggapi tekanan turgor. Efek dari parameter ini pada tingkat pertumbuhan yang dirumuskan dalam persamaan laju pertumbuhan: GR = m YP - Y mana GR adalah laju pertumbuhan, Yp adalah tekanan turgor, Y adalah ambang hasil, dan m adalah koefisien diperpanjang dinding yang berhubungan dengan tingkat pertumbuhan dengan perbedaan antara Yp dan Y. Pada prinsipnya, auksin dapat meningkatkan laju pertumbuhan dengan meningkatkan m, peningkatan Yp, atau menurun Y. Meskipun percobaan yang luas telah menunjukkan bahwa auksin tidak meningkatkan tekanan turgor ketika merangsang pertumbuhan, hasil yang bertentangan telah diperoleh mengenai penurunan auxininduced di Y. Namun, ada kesepakatan umum bahwa auksin menyebabkan peningkatan parameter diperpanjang dinding, m. Auksin-Induced Proton Ekstrusi acidifies Wall Cell dan Meningkatkan Perpanjangan your Menurut diterima secara luas hipotesis pertumbuhan asam, ion hidrogen bertindak sebagai penengah antara auksin dan melonggarkan dinding sel. Sumber ion hidrogen membran plasma H +-ATPase, yang aktivitasnya dianggap meningkatkan dalam menanggapi auksin. Hipotesis Pertumbuhan Asam memungkinkan lima prediksi utama: 1. Buffer asam saja harus mempromosikan pertumbuhan jangka pendek, asalkan kutikula telah terkelupas untuk memungkinkan proton akses ke dinding sel. 2. Auksin harus meningkatkan laju proton ekstrusi pengasaman dinding, dan kinetika ekstrusi proton erat harus sesuai dengan pertumbuhan auksin-induced. 3. Buffer netral harus menghambat pertumbuhan auksin-induced. 4. Senyawa selain auksin yang mempromosikan ekstrusi proton harus merangsang pertumbuhan. 5. Dinding sel harus berisi dinding faktor melonggarkan dengan pH optimum asam. Auksin: Hormon Pertumbuhan 34 Kelima prediksi ini telah dikonfirmasi. Buffer asam menyebabkan peningkatan yang cepat dan segera dalam tingkat pertumbuhan, asalkan kutikula telah terkelupas. Auksin merangsang ekstrusi proton ke dalam dinding sel setelah 10 sampai 15 menit waktu lag, konsisten dengan kinetika pertumbuhan Gambar 19.23. Pertumbuhan auksin diinduksi juga telah terbukti dihambat oleh buffer netral, asalkan kutikula telah abraided. Fusicoccin, sebuah phytotoxin jamur, menstimulasi kedua ekstrusi proton dan pertumbuhan sementara dalam batang dan koleoptil bagian lihat Web Topik 19,6. Dan akhirnya, protein wallloosening disebut expansins telah diidentifikasi dalam dinding sel berbagai jenis tanaman lihat Bab 15. Pada pH asam, expansins melonggarkan dinding sel dengan memperlemah ikatan hidrogen antara komponen polisakarida dinding. GAMBAR 19,23 Kinetika auksin-induced perpanjangan dan pengasaman dinding sel dalam coleoptiles jagung. PH dari dinding sel diukur dengan microelectrode pH. Perhatikan waktu lag sama 10 sampai 15 menit untuk kedua pengasaman dinding sel dan peningkatan tingkat elongasi. Dari Jacobs dan Ray 1976. Auksin-Induced Proton Ekstrusi Mei Libatkan Kedua Aktivasi dan Sintesis Secara teori, auksin dapat meningkatkan laju ekstrusi proton oleh dua mekanisme yang mungkin: Auksin: Hormon Pertumbuhan 35 1. Aktivasi yang sudah ada sebelumnya membran plasma H + ATPase 2. Sintesis baru H +-ATPase pada membran plasma H +-ATPase aktivasi. Ketika auksin ditambahkan langsung ke terisolasi vesikel membran plasma dari sel tembakau, stimulasi kecil sekitar 20 dari ATP-driven aktivitas proton- memompa diamati, menunjukkan bahwa auksin langsung mengaktifkan H +-ATPase. Suatu stimulasi yang lebih besar sekitar 40 diamati jika sel-sel hidup diobati dengan IAA sebelum membran diisolasi, menunjukkan bahwa faktor seluler juga diperlukan Peltier dan Rossignol 1996. Meskipun reseptor auksin belum tegas diidentifikasi seperti yang dibahas kemudian dalam bab ini, berbagai protein auksin-binding ABPS memiliki telah diisolasi dan muncul untuk dapat mengaktifkan membran plasma H +-ATPase dengan adanya auksin Steffens et al. 2001. Baru-baru ini ABP dari beras, ABP57, ditunjukkan untuk mengikat langsung ke membran plasma H +-ATPase dan merangsang proton ekstrusi-tetapi hanya di hadapan IAA Kim et al. 2001. Ketika IAA tidak ada, aktivitas H + ATPase direpresi oleh domain C-terminal enzim, yang dapat memblokir situs katalitik. ABP57 dengan terikat IAA berinteraksi dengan H +- ATPase, mengaktifkan enzim. Sebuah situs auksin-mengikat kedua mengganggu dengan tindakan yang pertama, mungkin menjelaskan kurva berbentuk lonceng tindakan auksin. Model hipotetis untuk tindakan ABP57 ditunjukkan pada Gambar 19.24. Auksin: Hormon Pertumbuhan 36 GAMBAR 19,24 Model untuk aktivasi membran plasma PM H +-ATPase oleh ABP57 dan auksin. H +-ATPase sintesis. Kemampuan inhibitor sintesis protein, seperti cycloheximide, dengan cepat menghambat auxininduced ekstrusi proton dan pertumbuhan menunjukkan auksin yang mungkin juga merangsang proton memompa dengan meningkatkan sintesis H +-ATPase. Peningkatan jumlah membran plasma ATPase dalam coleoptiles jagung terdeteksi imunologis setelah hanya 5 menit pengobatan auksin, dan dua kali lipat dari H +-ATPase diamati setelah 40 menit perawatan. A tiga kali lipat stimulasi oleh auksin dari mRNA untuk H +-ATPase ditunjukkan secara khusus dalam jaringan nonvascular dari coleoptiles. Singkatnya, pertanyaan aktivasi terhadap sintesis masih belum terselesaikan, dan adalah mungkin bahwa auksin merangsang ekstrusi proton oleh aktivasi dan stimulasi sintesis dari H +-ATPase. Gambar 19.25 meringkas mekanisme yang diusulkan auksin-induced melonggarkan dinding sel melalui ekstrusi proton. Auksin: Hormon Pertumbuhan 37 Hipotesis Aktivasi: Auxin mengikat protein auxinbinding ABP1 terletak baik pada permukaan sel atau sitosol. ABP1-IAA kemudian berinteraksi langsung dengan membran plasma H +-ATPase untuk merangsang proton memompa langkah 1. Second messenger, seperti kalsium atau pH intraseluler, juga bisa dilibatkan. Sintesis hipotesis: IAA-induced second messenger mengaktifkan ekspresi gen langkah 2 yang menyandikan membran plasma H +-ATPase langkah 3. Protein disintesis pada retikulum endoplasma kasar langkah 4 dan ditargetkan melalui jalur sekresi ke membran plasma langkah 5 dan 6. Peningkatan hasil ekstrusi proton dari peningkatan jumlah pompa proton pada membran. GAMBAR 19,25 Model-model terbaru untuk IAA-induced H + ekstrusi. Dalam banyak tanaman, baik dari mekanisme ini dapat beroperasi. Terlepas dari bagaimana memompa H + meningkat, asam- diinduksi melonggarkan dinding dianggap dimediasi oleh expansins . Auksin: Hormon Pertumbuhan 38 P. EFEK FISIOLOGIS AUKSIN: PHOTOTROPISM DAN GRAVITROPISM Tiga sistem bimbingan utama mengendalikan orientasi pertumbuhan tanaman: 1. Fototropisme, atau tumbuh terhadap cahaya, diungkapkan dalam semua tunas dan beberapa akar, memastikan bahwa daun akan menerima sinar matahari yang optimal untuk fotosintesis. 2. Gravitropism, pertumbuhan dalam menanggapi gravitasi, memungkinkan akar untuk tumbuh ke bawah ke tanah dan tunas tumbuh ke atas jauh dari tanah, yang sangat penting selama tahap awal perkecambahan. 3. Thigmotropism, atau pertumbuhan sehubungan dengan sentuhan, memungkinkan akar tumbuh di sekitar batu dan bertanggung jawab atas kemampuan tunas tanaman merambat untuk membungkus struktur lain untuk dukungan. Pada bagian ini kita akan membahas bukti bahwa membungkuk sebagai respon terhadap cahaya atau gravitasi hasil dari redistribusi lateral auksin. Kami juga akan mempertimbangkan mekanisme seluler yang terlibat dalam menghasilkan gradien auksin lateral yang selama pertumbuhan lentur. Sedikit yang diketahui tentang mekanisme thigmotropism, meskipun juga, mungkin melibatkan gradien auksin.

1. Phototropism diperantarai oleh redistribtion auksin ke arah samping

Seperti yang kita lihat sebelumnya, Charles Darwin dan Francis memberikan petunjuk pertama mengenai mekanisme fototropisme dengan menunjukkan bahwa situs persepsi dan perbedaan pertumbuhan bending terpisah: Cahaya dirasakan di ujung, tapi lentur terjadi di bawah ujung. The Darwin mengusulkan bahwa beberapa pengaruh yang diangkut dari ujung ke wilayah tumbuh membawa respon pertumbuhan asimetris diamati. Pengaruh ini kemudian terbukti menjadi indole-3-acetic acid-auksin. Ketika tunas tumbuh vertikal, auksin diangkut polarly dari ujung tumbuh ke zona pemanjangan. Itu polaritas transportasi auksin dari ujung ke basa perkembangan ditentukan dan tidak tergantung pada orientasi terhadap gravitasi. Namun, auksin juga dapat diangkut lateral, dan gerakan ini lateral auksin terletak di jantung model untuk tropisme awalnya diusulkan secara terpisah oleh ahli fisiologi tanaman Rusia, Nicolai Cholodny dan Frits Pergi dari Belanda pada tahun 1920. Menurut Cholodny - Went model phototropism, ujung coleoptiles rumput memiliki tiga fungsi khusus: Auksin: Hormon Pertumbuhan 39 1. Produksi auksin 2. Persepsi dari stimulus cahaya unilateral 3. Pengangkutan lateral IAA dalam menanggapi stimulus phototropic Dengan demikian, dalam menanggapi rangsangan cahaya directional, auksin yang dihasilkan di ujung, bukannya diangkut basipetally, diangkut lateral ke arah sisi teduh. Tempat yang tepat produksi auksin, persepsi cahaya, dan lateral transportasi telah sulit untuk menentukan. Dalam coleoptiles jagung, auksin diproduksi di atas 1 sampai 2 mm dari ujung. Zona transportasi photosensing dan lateral memperpanjang lebih jauh, dalam atas 5 mm dari ujung. Tanggapan ini juga sangat tergantung pada Fluence cahaya lihat Web Topik 19,7. Dua flavoproteins, phototropins 1 dan 2, adalah fotoreseptor untuk jalur sinyal cahaya biru lihat Web Essay 19.3 yang menginduksi phototropic lentur pada hipokotil Arabidopsis dan coleoptiles oat bawah kedua-dan tinggi rendah kondisi- fluence Briggs dkk. 2001 . Phototropins yang autophosphorylating protein kinase yang aktivitasnya dirangsang oleh cahaya biru. Tindakan spektrum untuk aktivasi biru terang aktivitas kinase sangat cocok dengan spektrum aksi untuk phototropism, termasuk beberapa puncak di daerah biru. Phototropin 1 menampilkan gradien lateral dalam fosforilasi selama paparan cahaya biru rendah Fluence unilateral. Menurut hipotesis saat ini, gradien dalam fosforilasi phototropin menginduksi pergerakan auksin ke sisi berbayang koleoptil lihat Web Topik 19,7. Setelah auksin mencapai sisi teduh dari ujung, diangkut basipetally ke zona elongasi, di mana ia merangsang pemanjangan sel. Percepatan pertumbuhan di sisi teduh dan perlambatan pertumbuhan di sisi diterangi pertumbuhan diferensial menimbulkan kelengkungan menuju cahaya Gambar 19.26. Tes langsung dari Cholodny-Pergi model dengan menggunakan agar block koleoptil kelengkungan bioassay telah mendukung prediksi model yang auksin di koleoptil Tips diangkut lateral sebagai respon terhadap cahaya unilateral Gambar 19.27. Jumlah total auksin menyebarkan dari ujung di sini dinyatakan sebagai sudut kelengkungan adalah sama di hadapan cahaya unilateral seperti dalam kegelapan bandingkan Gambar 19.27A dan B. Hasil ini menunjukkan cahaya yang tidak menyebabkan photodestruction auksin pada sisi diterangi, seperti yang telah diusulkan oleh beberapa peneliti. Auksin: Hormon Pertumbuhan 40 Konsisten dengan baik Cholodny-Went hipotesis dan hipotesis pertumbuhan asam, pH apoplastic di sisi teduh dari batang phototropically membungkuk atau koleoptil lebih asam dibandingkan sisi menghadap cahaya Mulkey et al. 1981. GAMBAR 19,26 Waktu kursus pertumbuhan di sisi diterangi dan teduh koleoptil yang menanggapi pulsa 30 detik cahaya biru searah. Coleoptiles kontrol tidak diberi perawatan ringan. Setelah Iino dan Briggs 1984. GAMBAR 19.27 Bukti bahwa redistribusi lateral auksin dirangsang oleh cahaya searah di coleoptiles jagung. Auksin: Hormon Pertumbuhan 41

2. Gravitropism Juga Melibatkan Redistribusi lateral Auxin

Ketika gelap tumbuh bibit Avena yang berorientasi horizontal, coleoptiles menekuk ke atas dalam menanggapi gravitasi. Menurut Cholodny-Pergi Model, auksin di ujung koleoptil berorientasi horizontal diangkut lateral ke sisi bawah, menyebabkan sisi bawah koleoptil tumbuh lebih cepat dari sisi atas. Bukti eksperimental awal menunjukkan bahwa ujung koleoptil dapat melihat gravitasi dan mendistribusikan auksin ke sisi bawah. Misalnya, jika ujung koleoptil berorientasi horizontal, jumlah yang lebih besar dari auksin berdifusi dari bagian bawah dari bagian atas Gambar 19.28. GAMBAR 19.28 Auksin diangkut ke sisi bawah dari oat berorientasi horizontal koleoptil tip. A Auksin dari bagian atas dan bawah dari ujung horizontal diperbolehkan untuk berdifusi ke dalam dua blok agar. B agar blok dari bagian bawah kiri menginduksi kelengkungan yang lebih besar dalam koleoptil dipenggal daripada blok agar dari bagian atas kanan. Foto © M. B. Wilkins. Jaringan di bawah ujung mampu menanggapi gravitasi juga. Misalnya, ketika coleoptiles jagung berorientasi vertikal yang dipenggal oleh penghapusan atas 2 mm dari ujung dan berorientasi horizontal, gravitropic lentur terjadi pada tingkat lambat selama beberapa jam bahkan tanpa ujung. Penerapan IAA ke permukaan dipotong mengembalikan tingkat lentur ke tingkat normal. Temuan ini menunjukkan bahwa kedua persepsi stimulus gravitasi dan redistribusi lateral Auksin: Hormon Pertumbuhan 42 auksin dapat terjadi dalam jaringan di bawah ujung, meskipun ujung masih diperlukan untuk produksi auksin. Redistribusi lateral auksin dalam meristem tunas apikal lebih sulit untuk menunjukkan daripada di coleoptiles karena kehadiran daun. Dalam beberapa tahun terakhir, penanda molekuler telah banyak digunakan sebagai gen reporter untuk mendeteksi gradien auksin lateral pada batang horizontal ditempatkan dan akar. Dalam hipokotil kedelai, gravitropism menyebabkan cepat asimetri dalam akumulasi sekelompok mRNA auksin-merangsang disebut SAURs auksin kecil up-diatur RNA McClure dan Guilfoyle 1989. Dalam bibit vertikal, ekspresi gen Saur yang simetris didistribusikan. Dalam waktu 20 menit setelah bibit berorientasi horizontal, SAURs mulai menumpuk di bagian bawah hipokotil tersebut. Dengan kondisi tersebut, gravitropic lentur pertama menjadi jelas setelah 45 menit, baik setelah induksi SAURs lihat Web Topik 19,8. Adanya gradien lateral dalam ekspresi gen Saur adalah bukti tidak langsung bagi keberadaan gradien lateral auksin terdeteksi dalam waktu 20 menit dari stimulus gravitropic. Seperti yang akan dibahas kemudian dalam bab ini, keluarga gen GH3 juga up-diatur dalam waktu 5 menit dari auksin memperlakukan perlakuan dan telah digunakan sebagai penanda molekuler untuk kehadiran auksin. Dengan menggabungkan urutan promotor buatan berdasarkan GH3 promotor untuk gen pelapor GUS, adalah mungkin untuk memvisualisasikan gradien lateral dalam konsentrasi auksin yang terjadi selama kedua foto-dan gravitropism Gambar 19.29. Auksin: Hormon Pertumbuhan 43

Q. Statoliths Sajikan sebagai Sensor Gravity di Tunas dan Akar