(piantina sciocca)

Malattia del riso diffusa inAsia causata dal fungoAsia causata dal fungo

Gibberella fujikuroi(Fusarium moniliforme)

1930 (Giappone) Isolamento principio attivo

1950 (USA, GB) Struttura acido gibberellico

1950 (Giappone) Struttura GA1, GA2, GA3

1958 Identificazione e purificazione nelle piante (GA1)

effetto GA sulla crescita delloeffetto GA sulla crescita dellostelo stelo fioralefiorale del cavolo del cavolo

effetto GAeffetto GA11 su mais su mais nanonano

effetto GA sulla fiorituraeffetto GA sulla fiorituradi piante di carotadi piante di carota

C GA3 Esposizione a bassa T

effetto GAeffetto GA33 sull’allungamentosull’allungamentodel fusto di piante di pisellodel fusto di piante di pisello

STRUTTURA BASEDELLE GIBBERELLINE

GA12(C20)

scheletro ent-gibberellanico

Le gibberellineLe gibberellinecontengono 19 o 20contengono 19 o 20atomi di carbonioatomi di carbonio

GA9(C19)

idrossilazioni in C3 e in C13

l’idrossilazione 2ββββ abolisce l’attività biologica

Avviene in tre diversi compartimenti cellulari

PLASTIDIPLASTIDI

RETICOLO ENDOPLASMATICORETICOLO ENDOPLASMATICORETICOLO ENDOPLASMATICORETICOLO ENDOPLASMATICO

CITOPLASMACITOPLASMA

Il precursore è l’isopentenilisopentenil difosfatodifosfato (IPP)

Via dell’acido Via dell’acido mevalonicomevalonico

Formazione dell’IPP

Via del Via del metileritritolometileritritolo

fosfatofosfato

citoplasma plastidi

Nella sintesi delle gibberelline il pool citosolico di IPP non è coinvolto

L’IPP è il precursore dei terpeniL’IPP è il precursore dei terpeni

La formazione del La formazione del geranilgeranil PP avviene nei plastidiplastidi

REAZIONI DI CICLIZZAZIONE

(plastidi)(plastidi)

Terpene Terpene ciclasiciclasi: CPS e KS : CPS e KS

mutanti ga1 e ga2 di Arabidopsisan1 e d5 di maisls di pisello

CPS e KS possiedono peptidi di transito per il cloroplasto

REAZIONI DI OSSIDAZIONE

(reticolo endoplasmatico)(reticolo endoplasmatico)

-Ossidazione gruppo metilico 19

-Contrazione dell’anello B

Enzimi: citocromo P450 citocromo P450 monoossigenasimonoossigenasi NADPHNADPH--dipendentedipendente

-Contrazione dell’anello B

mutanti ga3 di Arabidopsislh di pisellodx di riso

FORMAZIONE DELLE VARIE GIBBERELLINE(citoplasma)(citoplasma)

-ossidazione C7 (da GA12 aldeide a GA12)-idrossilazioni C13 e C3-ossidazioni C20-perdita atomo di C-idrossilazione C2 (inattivazione)

Enzimi: DIOSSIGENASIDIOSSIGENASIUtilizzano OUtilizzano O22, Fe, Fe2+2+ e ascorbatoe ascorbato

FORMAZIONE DELLE VARIE GIBBERELLINE(citoplasma)(citoplasma)

-ossidazione C7 (da GA12 aldeide a GA12)-idrossilazioni C13 e C3-ossidazioni C20-perdita atomo di C Enzimi: DIOSSIGENASIDIOSSIGENASI

PLASTIDIPLASTIDI

RETICOLO RETICOLO ENDOPLASMATICOENDOPLASMATICO

CITOSPLASMACITOSPLASMA

GA ATTIVEGA ATTIVE

ga1, ga2, ga3: fenotipo “nano estremo”

ga4, ga5: fenotipo “seminano”

+GA

Le gibberelline sono dei regolatori di crescita naturali?Le gibberelline sono dei regolatori di crescita naturali?

Le piante alte hanno più Le piante alte hanno più GAGAss delle piante nane? delle piante nane?

MUTANTI MUTANTI DIDI PISELLO lePISELLO le

Purificazione GA (HPLC, GC-MS)

Le piante Le piante LELE hanno un contenutohanno un contenutomaggiore di GAmaggiore di GA1 1 rispetto allerispetto alle

piante piante lelele le LELE

+ GAGA11 + GAGA2020

Le piante Le piante lele rispondono a GArispondono a GA11, ma non a GA, ma non a GA2020

L’allele LE conferisce la capacità diconvertire la GA20 in GA1

LELE [13C, 3H] GA20 → *GA1, *GA8, *GA29

lele [13C, 3H] GA20 → *GA29

LeLe codifica per una 3β idrossilasi

Mutante nanoMutante nanoGenotipo Genotipo leleGAGA2020, tracce di GA, tracce di GA11

E’ incapace di convertire la E’ incapace di convertire la GAGA2020 in GAin GA11

Mutante SLENDERMutante SLENDERGenotipo Genotipo NaNa Le Le slnslnElevati livelli di Elevati livelli di GAGA11

Ridotta Ridotta disattivazione di disattivazione di GAGA (enzima 2(enzima 2ββ

Mutante ultrananoMutante ultranano(nana)(nana)Genotipo Genotipo nanaNo No GAsGAs

E’ incapace di convertire l’E’ incapace di convertire l’entent--kaurenekaurene in GAin GA1212--aldeide aldeide

(enzima KAO)(enzima KAO)

GAGA1 1 (enzima 2(enzima 2ββidrossilasiidrossilasi))

Le Gibberelline sono sintetizzate i diversi tessutiLe Gibberelline sono sintetizzate i diversi tessuti

enzimi biosintetici localizzati in

gemma apicalegiovani foglie

promotore GA20ox::luciferasi

GA1::GA1::GUSGUS

GA1 promotore del gene che codifica per CPS

REGOLAZIONE DELLA SINTESI DELLE GIBBERELLINEREGOLAZIONE DELLA SINTESI DELLE GIBBERELLINE

CONTROLLO CONTROLLO FEEDBACKFEEDBACK

Alte concentrazioni di GAs inibisconola produzione di ulteriori molecole di GAs

REGOLAZIONE DELLA SINTESI DELLE GIBBERELLINEREGOLAZIONE DELLA SINTESI DELLE GIBBERELLINE

La qualità e la quantità di luce hanno un effetto sulla sintesi e il catabolismo delle gibberelline

La luce rossa promuove la 3β idrossilazione (coinvolgimento del Fitocromo B)

Nel processo di de-eziolatura (riduzione crescita del fusto) riduzione del contenuto di GA1 (il Fitocromo A causa una sovraregolazione della 2β idrossilazione)

EFFETTO DEL FOTOPERIODO EFFETTO DEL FOTOPERIODO

I livelli di 13-OH GAsSono molto bassi

GA53 → GA44 → GA19 → GA20 → GA1 → GA8

PROMOZIONE CRESCITA DEL FUSTO

aumento estensibilità parete aumento estensibilità parete cellulare cellulare

allungamento internodo superiore riso

No acidificazione apoplasto (auxina)

Lag time da 40 min a 3 ore

Effetti additivi

VARIE IPOTESIAlterazione distribuzione del calcio

(<[Ca2+] parete, >assunzione Ca2+ cellula)

Attivazione xiloglucanoxiloglucano endotransglicosidasiendotransglicosidasi (XET)(XET)

PROMOZIONE CRESCITA DEL FUSTO

STIMOLO DIVISIONE CELLULARESTIMOLO DIVISIONE CELLULARE

Incremento mitosi nelle regioni apicali delle piante a regioni apicali delle piante a rosetta

Le Le GAsGAs stimolano la stimolano la transizione tra la transizione tra la

fase G1 e la fase Sfase G1 e la fase SNel riso le GA aumentanol’espressione di una CDK e di unaprotein chinasi in grado di attivarla

TEMPERATURATEMPERATURA

Alcune piante richiedono basse temperature per germinare (stratificazione) e per fiorire (vernalizzazione)

Le gibberelline possono sostituire il trattamento a basse temperature per produrre questi effetti

TRATTAMENTO ABASSE TEMPERATURE

alti livelli GAs(principalmente GA9)

NO TRATTAMENTO ABASSE TEMPERATURE

alti livelli acido ent-kaurenoico

fioritura Thlaspi arvense

ALTRI EFFETTI FISIOLOGICI DELLE ALTRI EFFETTI FISIOLOGICI DELLE GIBBERELLINEGIBBERELLINE

Regolazione della transizione da statogiovanile a fase adulta

Nelle conifere la fase giovanile può essere abbreviata dal trattamento con GA3

Nell’edera l’applicazione di GA3 può arrestare la fioritura e la riconversione alla fase giovanile

RUOLO DELLE GIBBERELLINE NELLA GERMINAZIONE DEL SEMERUOLO DELLE GIBBERELLINE NELLA GERMINAZIONE DEL SEME

Diversi meccanismiDiversi meccanismi

Attivazione della crescita vegetativa

Interruzione della dormienza dei semi (insensibilità alla

Attivazione della crescita vegetativa

dell’embrione

Interruzione della dormienza dei semi (insensibilità alla

temperatura)

Mobilizzazione delle riserve dell’endosperma

semi dei cerealisemi dei cereali

embrione endosperma

embrione scutello endospermaamilaceo

aleurone

degradazione dell’amidodegradazione dell’amido

ββββββββ--amilasiamilasi: [Glucosio]n + H2O [Glucosio]n-2 + maltosio

αα--amilasiamilasi: idrolizza le catene di amido internamente producendo oligosaccaridi

L’α-amilasi viene secreta nell’endosperma sia dallo scutello che dall’aleurone

Rimuovendo l’embrione, Rimuovendo l’embrione, non si ha non si ha degradazione dell’amidodegradazione dell’amido

Sostanza diffusibile?

GA+endospermaGA+endosperma →→→→→→→→ degradazionedegradazione

L’embrione produce GA1

Le gibberelline Le gibberelline inducono la trascrizione inducono la trascrizione del gene dell’del gene dell’αα--amilasiamilasi

Livelli di enzima α-amilasi

del gene dell’del gene dell’αα--amilasiamilasi

Livelli di mRNA dell’ α-amilasi

Ruolo delle gibberelline nel processo di Ruolo delle gibberelline nel processo di degradazione dell’amido durante la germinazionedegradazione dell’amido durante la germinazione

Trasduzione del segnale indotto dalle gibberellineTrasduzione del segnale indotto dalle gibberellineL’uso di mutanti ha permesso di identificare i componenti della via di trasduzione

GaiGai Insensibile alle gibberelline Insensibile alle gibberelline

Il gene GAI codifica per una proteina nucleare(motivi leucine zipper)

GAI è un GAI è un regolatore negativo regolatore negativo della risposta alle gibberellinedella risposta alle gibberelline

Le GA inducono la degradazione di Le GA inducono la degradazione di repressori contenenti domini DELLArepressori contenenti domini DELLA

Trasduzione del segnale Trasduzione del segnale indotto dalle gibberellineindotto dalle gibberelline

Come Come vieneviene degradatodegradato ilil repressorerepressore DELLA?DELLA?

Il recettore è stato recentemente

Trasduzione del segnale Trasduzione del segnale indotto dalle gibberellineindotto dalle gibberelline

Il recettore è stato recentementeidentificato

Il legame delle GA a GID1 promuovel’associazione E3 (SCFGID2)-DELLA

Tornando all’induzione dell’espressione dell’α-amilasi

Trasduzione del segnale Trasduzione del segnale indotto dalle gibberellineindotto dalle gibberelline

promotore

Elementi caratteristici GARC

TAACAAA = GARETATCCAC boxpirymidine box

GARE: Elementi di risposta alle GA

Simile ai siti di legame dei fattori di fattori di trascrizione MYBtrascrizione MYB

È stato isolato in mais un gene MYB la cui trascrizione è indotta da GA3

Trasduzione del segnale Trasduzione del segnale indotto dalle gibberellineindotto dalle gibberelline

GA-MYB

Gene di risposta Gene di risposta primarioprimario

α-amilasi

Gene di risposta Gene di risposta secondariosecondario

È stato dimostrato che la proteina GA-MYB lega GARE

Trasduzione del segnale Trasduzione del segnale indotto dalle gibberellineindotto dalle gibberelline

Meccanismo di attivazione Meccanismo di attivazione della trascrizione del gene della trascrizione del gene dell’dell’αα--amilasi amilasi indotto dalle indotto dalle GAGA

APPLICAZIONI COMMERCIALI DELLE GIBBERELLINE