Auxin -CH2-COOH indol acetic acid N H wichtigstes Auxin: Indolessigsäure vorwiegende Bildungsorte: Meristeme Embryonen junge Blätter Transport basipetal: Spross, vom Apex zur Basis Wurzel, vom Apex zur Basis unter Beteiligung des Auxin- efflux-Carriers PIN1, der über Vesikel ortsselektiv in das Plasmalemma inseriert wird z.T. ungerichtete Diffusion

Streckungswachstum (i.d.R.) Wirkung Auxin fördert: Spross u. Wurzel unterschiedliche Sensitivität (Überversorgung hemmt!) Teilungsaktivität des Kambiums induziert Entwicklung des interfascikulären Kambiums (sek. Dickenwachstum)

Seitenwurzelbildung Auxin wirkt hier antagonistisch zu Cytokinin Stecklingsbewurzelung durch Auxin (v.a. Indolbuttersäure) gefördert Usambaraveilchen 10 Tage - Auxin + Auxin Adventiv- wurzeln Apikaldominaz Entwicklung von Seitensprossen wird unterdrückt

wird durch Auxin induziert Samen entfernt bis auf drei ! + Auxin - Auxin Kontrolle bis auf einen ! Samenlose Frucht (partheno- karp) Fruchtentwicklung wird durch Auxin induziert Auxinapplikation auf Fruchtknoten löst vielfach samenlose (parthenokarpe) Fruchtentwicklung aus z.B. bei Erdbeere, Tomate, Wassermelone

Biosynthese Hauptweg über Tryptophan Nebenweg - Trp-unabhängig, Indol-3-acetonitril C=N 4 - Biosynthese Hauptweg über Tryptophan Nebenweg Trp-unabhängig, durch Mutanten in der Trp-Biosynthese (Mais orp2, Arabidopsis trp2) gezeigt 1) Trp-deaminase 2) Indol-3-pyruvat-Decarboxylase 3) Indol-3-acetaldehyd-DH 4) Indol-3-acetonitril-Nitrilase

Auxin-Inaktivierung Oxidation: IAA-Oxidase Inaktivierung von Auxin initialisiert durch IAA-Oxidase Auxin-Inaktivierung Oxidation: IAA-Oxidase Konjugation an IAA-Carboxygruppe: - von Glucose über C1 (reversibel) - von Aspartat über N (irreversibel Abbau)

Auxin-Rezeptor? 22/23 kDa Auxin-bindendes Protein ABP im ER und Apoplasten lokalisiert Vesikulärer Transport? ABP im Apoplasten erhöht Auxin-abhängige Membran- hyperpolarisierung: Auxin-bindende Proteine log [Auxin] Membranpotential (mV) ABP-abhängige Steigerung der Auxin- Sensitivität in Mesophyllprotoplasten weitere Auxin-bindende Proteine (Funktion unklar)

Signalkette bislang nur terminale Komponenten identifiziert Transkriptionsfaktoren ARF (auxin-response factors) homodimerisieren bzw. heterodimerisieren mit Transkriptionsregulatoren AUX bzw. IAA (wirken als Repressor, 24 Vertreter in Arabidopsis) Regulation über Ubiquitinierung von AUX/IAA (Dömäne II interagiert mit Ubiquitinligase) Auxin-insensitive Mutanten mit Defekt in Ubiquitin-abhängigen Abbau (spezifisch für Auxinwirkung!) Abbau von AUX/IAA beseitigt negative Regulation der Auxin-Antwort, d.h. stimuliert Auxin-Signalisation

Fusionsproteine von IAA-Glucuronidase sind stabilisiert in der Auxin-resistenten Mutante axr2 mit mutiertem IAA7-Gen (=AXR2) Gray et al. (2001) Nature 414, 271

Cytokinin CH2OH HN-CH2-CH=C _ CH3 zeatin N H wichtigstes Cytokinin: Zeatin = Isopentenyladenin (Purinbiosyntheseweg) vorwiegende Bildungsorte: Biosynthese Wurzelspitze keimende Samen junge Gewebebereiche Transport unpolar Wirkung Cytokinin fördert: eng gekoppelt Zellteilung und Streckungswachstum Cytokinin aktiviert u.a. Cyclin-cdk-Komplex Stoffwechsel und verhindert Seneszenz Beispiel: Herbstlaub mit grünen Inseln (Cytokinin produziert von Mikroorganismus)

Differenzierung u. Entwicklung im Zusammenspiel mit Auxin Cytokinin fördert Seitensprossbildung (Auxin unterdrückt) fascierte Sprosse von Salix Bildung von “Hexenbesen” extrem: fascierte (verwachsene) Sprosse Cytokinin unterdrückt Seitenwurzelbildung (Auxin fördert) Cytokinin/Auxin regulierte Organentwicklung Beispiel: Organregeneration aus Kallus

0.005 0.03 0.18 1 3 Indolessigsäure (mg/l) Kinetin (mg/l) 0.2 Organdifferenzierung aus Kalli der Tabakpflanze (Nicotiana tabacum) Kallus Kallus- proliferation Spross- induktion Wurzel-

Biosynthese über AMP Nucleosidase

Hydroxylierung Reduktion

Signalkette 2- Komponentensystem 2 Cytokininrezeptoren CKI1 und CRE 1 Schematische Darstellung der Primärstriktur von CKI1 und ETR1 aus Arabidopsis 2 Cytokininrezeptoren CKI1 und CRE 1 sind strukturell ähnlich dem Ethylen-Rezeptor ETR1 aus Kakimoto 1998, Science Überexpression von CKI (C, D, G, H) führt zur Cytokinin-hypersensitiven Sprossinduktion bei Arabidopsis Kalluskulturen (D, H). Kontrolle (B, F) Klonierung von CKI durch Aktivierungs-Tagging Insertion der T-DNA aktiviert Transkription benachbarter Gene

Histidin-Phosphotransmitter AHP (Arabidopsis Histidine-Phosphotransmitter) binden an Rezeptoren und werden phosphoryliert AHP1, AHP2 u. AHP5 zeigen Cytokinin-abhängige Lokalisation in Zellkern aus Hwang und Sheen 2001, Nature 413,383 Responseregulator ARR (Arabidopsis Response Regulator) sind Transkriptionsfaktoren ARR1, ARR2 u. ARR10 sind Aktivatoren der Genexpression und der Cytokinin- Antwort werden durch AHP1 u. AHP2 de-reprimiert ARR4, ARR5, ARR6 u. ARR7 sind negative Regulatoren der Cytokinin-Antwort, werden durch Cytokinin induziert

Ektopische Expression von CKI oder ARR2 verstärkt die Cytokinin-Antwort aus Hwang und Sheen 2001, Nature