2. Tolerancja krzyżowa Rośliny poddane działaniu jednemu stresowi stają się odporne na inny rodzaj stresora W tolerancji krzyżowej główną rolę odgrywają związki sygnalne uruchamiane w czasie działania różnych stresów Na poziomie komórkowym są nimi reaktywne formy tlenu ( RFT ) oraz jony wapnia
3. Rola jonów wapnia Wzrost stężenia Ca 2+ w cytozolu wywołuje szereg różnych stresów (chłód, szok termiczny, zasolenie, susza, niedobór tlenu). Wiele czynników abiotycznych mobilizuje syntezę kwasu abscysynowego (ABA), który z kolei aktywuje fosfatazy białek zależnych od Ca 2+ . Białka te odgrywają istotną rolę w tzw. transdukcji sygnałów.
5. Rola jonów wapnia Wzrost stężenia ABA i Ca 2+ w dzó następuje w różnym czasie: ABA ulega koncentracji do 24 godzin od chwili odebrania sygnału stresu, natomiast Ca 2+ wpływa do komórki w dużych ilościach natychmiast po odebraniu sygnału. Etylen jest również hormonem stresu, a zwiększenie jego ilości wymaga obecności jonów wapnia. Etylen z kolei stymuluje wzrost stężenia ABA. Równowaga ilościowa Ca 2+ w dzó musi być zachowana także podczas stresu biotycznego. Wzrost stężenia jonów wapnia odnotowano w czasie działania elicytorów patogenów typu race-specific oraz non-race-specific , pod wpływem fragmentów chityny, łańcuchów oligogalakturonowych, zranienia i SA.
6. Rodzaje patogenów Patogeny race-specific to patogeny mogące infekować tylko daną grupę roślin (wręcz dany gatunek lub genotyp) Patogeny non-race-specific to patogeny porażające wiele różnych gatunków roślin
7. Rola jonów wapnia Ca 2+ pochodzi ze ściany komórkowej (stabilizuje pektyny). W błonach cytoplazmatycznych istnieje szereg różnych kanałów wapniowych, aktywowanych przez różne związki sygnalne. W obrębie komórki magazynami Ca 2+ są: mitochondria, retikulum endoplazmatyczne, plastydy, wakuola. Homeostaza jonów wapnia utrzymywana jest przez takie białka jak Ca 2+ - ATPaza oraz antyporty Ca 2+ . Jony wapnia są toksyczne dla komórek wielu eukariotów, stężenie tego pierwiastka wynosi zazwyczaj 50-100 nM. Cytozol jest ostro buforowany przez białka wiążące Ca 2+ np. kalmoduliny
8.
9.
10. Rola RFT Reaktywne formy tlenu powstają pod wpływem działania różnych stresów. Do najczęściej wymienianych czynników powodujących stres oksydacyjny należą: susza, chłód, zasolenie, promieniowanie UV oraz wysokie natężenie promieniowania, patogeny, ozon, jony metali ciężkich, pestycydy.
11. Reaktywne formy tlenu O 2 •– - anionorodnik ponadtlenkowy H 2 O 2 - nadtlenek wodoru OH • - rodnik wodorotlenowy HO 2 - rodnik wodoronadtlenkowy Naturalne źródła RFT w dzó: łańcuch oddechowy faza świetlna fotosyntezy reakcje katalizowane przez oksydoreduktazy np. w peroksysomach
13. Powstawanie RFT w wyniku reakcji obronnych Reakcje katalizowane przez lipoksygenazę (utlenienie błonowych kwasów tłuszczowych) oksydazę ksantynową (katabolizm puryn) peroksydazy utleniające alkohole fenolowe oksydazę NADPH
14. Powstawanie RFT Oksydaza NADPH O 2 O 2 • — SOD H 2 O 2 OH 2 • OH • Peroksydacja lipidów błonowych Lipoksygenaza Lignifikacja J Ucieczka jonów
15. Nadtlenek wodoru Produkowany głównie przez oksydazę NADPH oraz przez peroksydazę w ścianie komórkowej przy pH 7,2 W odróżnieniu od pozostałych form H 2 O 2 może przechodzić przez błony cytoplazmatyczne
16. Rola H 2 O 2 w reakcjach obronnych Substrat dla peroksydaz utleniających alkohole fenolowe polimeryzujące następnie do ligniny inicjuje powstawanie mostków tlenowych pomiędzy białkami ściany komórkowej, jak również ekstensyną a pektynami, wzmacniając strukturę ściany utlenia DNA i białka, niszczy strukturę błon cytoplazmatycznych (reakcje w nadwrażliwości komórek) bierze udział w ekspresji genów odpornościowych inicjuje syntezę PAL, S-transferazy glutationowej, peroksydazy askorbinianowej aktywuje kaskadę kinaz (MAPK), ważny czynnik w transdukcji sygnałów
17. Synteza ligniny - polimeryzacja wolnorodnikowa Utlenienie przez peroksydazy ściany komórkowej. 1. Oderwanie atomu wodoru grupy hydroksylowej, pozostawiając niesparowany elektron przy atomie tlenu przez co powstaje rodnik. 2. Stabilizacja rezonansowa - przesuwanie niesparowanego elektronu w inne miejsca cząsteczki, przez co powstaje pięć form rodnikowych rezonansowych pozostających ze sobą w równowadze. 3. Rodniki łączą się ze sobą składając niesparowane elektrony w nowe wiązanie kowalencyjne: b+b, b+c, a+b, a+c. Następuje wygaszenie wolnych rodników.
21. Rola nadtlenku wodoru Inicjuje biogenezę peroksysomów będących źródłem RFT Peryksysomy to mikrociała otoczone błoną, które zawierają różnorodne enzymy. Substancje wypełniające te organella katalizują szereg reakcji metabolicznych. Podczas rozpadu lipidów produkowany jest nadtlenek wodoru - substancja toksyczna dla komórki. Peryksysomy zawierają enzymy rozkładające nadtlenek wodoru do produktów nieszkodliwych dla komórki.
22. Nadtlenek wodoru a HR Utlenia DNA, białka i lipidy co ma znaczenie w czasie autodestrukcji komórek (zaprogramowana śmierć kmórek); aktywuje proteazy niszczące białka w czasie HR Apoptoza
33. Kontroluje ekspresję genów odpornościowych Synteza białek de novo Aktywacja białek obecnych Degradacja białek Inibicja innych sygnalnych lub metabolicznych ścieżek
35. Aktywuje kaskadę kinaz (mitogen activated protein kinase) Mitogen-activated protein kinases (MAPK) rodzina kinaz przenosząca resztę kwasu fosoforowego z ATP na białka zawierające serynę lub tyrozynę, szeroko rozpowszechniona pośród eukariotów i odgrywająca rolę w takich procesach, jak powstawanie, różnicowanie komórek, przenoszenie się komórek i ich śmierć. MAPK “signaling cascades” są zorganizowane hierarchicznie w czteropoziomowe moduły. MAPKs są fosforylowane i aktywowane przez MAPK-kinazy (MAPKKs), które są z kolei fosforylowane i aktywowane przez MAPKK-kinazy (MAPKKKs). MAPKKKs są z kolei aktywowane w interakcji z rodziną małych GTPaz lub innych kinaz białkowych zawartych w module MAPK.
36. Mitogen Mitogen - związek chemiczny lub inny czynnik indukujący mitozę komórek, w tym zwłaszcza komórek układu odpornościowego. Nazwą równie często funkcjonującą jest aktywator poliklonalny. U roślin taki mitogenem zazwyczaj są cytokininy odpowiedzialne za podział komórek
39. Zależność pomiędzy Ca 2+ a RFT aktywacja H 2 O 2 Ca 2+ kanałów Ca 2+ H 2 O 2 kalmodulina
40. Inicjacja sygnałów PIP 2 - fosfatydyloinozytolo(4,5)bisfosforan, DAG - diacyloglicerol, IP 3 - trifosfoinozytol R E Oksydaza NADPH Ca 2+ Kinaza białkowa kalmodulinozależna Kinaza białkowa C Białko G Flipaza C PIP 2 DAG IP 3 Błona komórkowa O 2 O 2 • —
49. This image was obtained by infrared photography of drought-stressed Arabidopsis plants in screening condition. The abi1-1 mutant that has a reduced responsiveness to abscisic acid (ABA), fails to close its stomata in response to drought, and thus has a lower leaf temperature (21ºC) than wild type plants (24ºC). This screen allowed us to easily select this kind of mutant in the midst of wild type plants.
53. Przykłady tolerancji krzyżowej Słonecznik poddany suszy stał się bardziej odporny na wysokie zasolenie Jęczmień ozonowany staje się bardziej odporny na patogeny biotroficzne i nekrotyczne Trawy i zboża chłodzone są bardziej odporne na patogeny powodujące pleśń śniegową i Bipolaris sorokiniana Tytoń poddany promieniowaniu UV stał się odporny na wirusa mozaiki tytoniowej
54. Przykłady tolerancji krzyżowej Rzepak ozonowany i chłodzony staje się mniej podatny na Phoma lingam Jęczmień i kostrzewa łąkowa ozonowane są mniej podatne na Bipolaris sorokiniana Tytoń rosnący na glebie o wysokim zasoleniu NaCl jest odporny na wysoką temperaturę
