Derivata

Iniziale corticale

Funzione dei geni SHORT ROOT e SCARECROW

Appartengono alla famiglia GRAS (GAI, RGA) di fattori di trascrizione

GIBBERELLIN-INSENSITIVE (GAI)REPRESSOR OF ga1-3 (RGA)SCR

Struttura GAI e RGA

RGA (rga) isolato come soppressore del fenotipo ga1

ga1 è un mutante della via di biosintesi delle GA (ha livelli ridotti di GA) e quindi è nano

RGA ha un’identità dell’82% con GAI

Tuttavia la mutazione gai determina un fenotipo nano

Le mutazioni gai e rga sono in domain diversi delle proteine

gai-1: delezione del dominio DELLA (17 aa)

rga: mutazione nel dominio repressore GRAS

RGA e GAI sono dei regolatori negativi della risposta alle gibberelline

Le GA inducono la degradazione di RGA e GAI

DIFFERENZIAMENTO DI XILEMA E FLOEMA

PROCAMBIO: genera il protoxilema e il protofloema e successsivamente il metaxilema

ed il metafloema. Il differenziamento è centripeto.

Radice di arabidopsis in struttura primaria

In arabidopsis il differenziamento in metaxilema arriva fino al centro del cilindro vascolare(manca il midollo)

WOODEN LEG (WOL)

Mutanti wol hanno un sistema vascolare costituito da solo Xilema

e un numero ridotto di file cellulari

WOL codifica per un recettore delle citochinine (AHK4)

+

-

CKs control root vascular development

In the root vascular cylinder, some cells in the procambium differentiate

into protoxylem cells (yellow arrows), others into metaxylem (yellow arrowheads) and others

into phloem (red arrowheads).

The cell walls of protoxylem have a

characteristic ringed structure not present in

the metaxylem.

From Mahonen, A.P., et al (2006). Cytokinin signaling and its inhibitor AHP6 regulate cell fate during vascular development. Science 311: 94-98.Reprinted with permission from AAAS.

CKs control root vascular development

From Mahonen, A.P., et al (2006). Cytokinin signaling and its inhibitor AHP6 regulate cell fate during vascular development. Science 311: 94-98.Reprinted with permission from AAAS.

In the wooden leg (wol) mutant of AHK4 all the vascular cells differentiate to

protoxylem.

A triple mutant of type-B ARRs or ahks causes the same phenotype

Argyros, R.D.,et al. (2008). Type B response regulators of Arabidopsis pay key roles in cytokinin signaling and plant development. Plant Cell 20: 2102-2116.

Protoxylem differentiation

causes the root to stop growing.

Overexpression of ARR22 causes a wol-like phenotype

These results suggests that the

wol mutation causes a severe inhibition of

CK signaling.

Kiba, T., Aoki, K., Sakakibara, H., and Mizuno, T. (2004). Arabidopsis Response Regulator, ARR22, ectopic expression of which results in phenotypes similar to the wol cytokinin-receptor mutant. Plant Cell Physiol. 2004 45: 1063-1077

CK prevents cells from differentiating into protoxylem

Adapted from Mahonen, A.P. et al (2006). Cytokinin signaling and its inhibitor AHP6 regulate cell fate during vascular development. Science 311: 94-98.

Procambium

Proto-xylem

CK

Other

A loss-of-function ahp6 mutant partially rescues the wol mutant

AHP6 is expressed in

the procambium cells destined to form protoxylem Pro-

cambium

Proto-xylem

AHP6CK

AHP6 interferes with CK signaling to permit protoxylem development

WTwol/ahp6wol

From Mahonen, A.P., et al (2006). Cytokinin signaling and its inhibitor AHP6 regulate cell fate during vascular development. Science 311: 94-98.Reprinted with permission from AAAS.

The wol phenotype is MORE severe than a loss-of-function mutation

WT wol

ahk4 ahk2,3,4

***

*

******

****

** ****

**

WT wol ahk4 (LOF)

The woodenleg (wol) mutant allele is more severe than a loss-of-

function ahk4 mutation. Instead, it resembles a loss –of-function of all

three CK receptors

Why is the wol mutation so severe?

H D

DH D H

H D

AHK2

AHK3

ahk4

Loss-of-function of the AHK4 receptor does not stop CK signaling. Why does the wol mutation stop CK signaling?

The wol mutation has a constitutive phosphatase activity

H D

DH D H

H D

AHK2

AHK3

wol

A point mutation switches the mutant wol protein into a constitutive

phosphatase that, like ARR22, removes phosphoryl groups from the

phosphorelay system.

Studies of the wol mutant have revealed that:

CK responses can be controlled temporally and spatially to specify

developmental fates.

Bidirectional transfer of phosphoryl groups and phosphatase activities

add complexity (and additional controls) to the phosphorelay

system.

Quattro aspetti principali:

Formazione continua del procambio durante lo sviluppo (polarità apice/base)

Generazione della asimmetria attraverso il procambio (polarità radiale)

Bilancio tra proliferazione cellulare e differenziamento dei due tipi cellulari

Acquisizione della identità xilematica o floematica in accordo alla asimmetria del procambio

DIFFERENZIAMENTO DI XILEMA E FLOEMA

Formazione continua del procambio durante lo sviluppo

Tessuto più interno nel pattern radiale

Evento primario

Evidenze che il processo sia innescato dal trasporto polare dell’auxina

(polarità apice/base)

Generazione della asimmetria nel procambio

strettamente associata alla generazione della polarità negli organi

(adaxiale/abaxiale nelle foglie e centrale /periferica nel fusto)

“BATTAGLIA” tra fattori HD-ZIPIII e geni KANADI

La generazione del’’asimmetria nel procambio è regolata dalla interazione tra

HD-ZIPIII e GENI KANADI

HD-ZIP III

REVOLUTA/INTERFASCICULAR FIBERLESS (REV)

PHABULOSA/ATHB14 (PHB)

PHAVOLUTA (ATHB9)

CORONA/ATB15 (CAN)

ATHB8

Nelle foglie mutazioni loss of function phan

promuovono la conversione adaxiale/abaxiale

I trascritti sono localizzati nel lato adaxiale

GENE PHANTASTICA di ANTHIRRINUM (fattore MYB)

mutazione phan in Anthirrinum, l’ortologo in arabidopsis è Asimmetric Leaves 1 (AS1)

determina la conversione adaxiale/abaxialegene di identità adaxiale

In arabidopsis mutanti phan o tripli mutanti rev/phb/phv

Sviluppano cotiledoni simmetrici radialmente con vascolatura abaxializzata

Mutazioni gain-of-function dei geni HD-ZIPIII

producono organi laterali adaxializzati e

sviluppano fasci vascolari in cui il floema

è circondato da xylema

Le mutazioni sono situate in una sequenza target per

miRNA165 o miRNA166 all’ interno di un dominio START

(sterol/lipid binding domain)

miR165 si accumula nel dominio abaxiale/floematico della foglia;

pattern complementare a quello di PHB

Homeodomain leucin zipper proteins

HD-ZIPIIIcontenenti un dominio START che lega lipidi

Phabulosa; Phavoluta; Revoluta

Fattori di trascrizione specifici per il latoadaxiale

La localizzazione nella regione adaxiale dei trascritti HD-ZIP è regolata da:

Geni KANADI (KAN) espressi nella regione abaxiale

(mutazioni recessive kan determinano adaxializzazione e

espressione ectopica degli HD-ZIP)

miR165 e miR166 sono espressi nel lato abaxiale delle foglie e nel floema

Pattern analogo a quello dei geni KANADI

I geni KANADI controllano l’espressione di miR165/166

REPRESSIONE dell’espressione dei fattori HD-ZIPIII

KANADI

HD-ZIP III

HD-ZIP III (miRNA)

I mutanti kan1, kan2, kan 3

fenocopiano i mutanti gain-of-function HD-ZIPIII

proliferazione/differenziamento cellule floematiche e xilematiche

I brassinosteroidi influenzano il differenziamento vascolare

In arabidopsis identificati due nuovi recettori dei brassinosteroidi omologhi a

BRI1 (LRR-receptor Kinase) espressi nel tessuto vascolare

L’analisi dei mutanti suggerisce che essi siano ridondanti e che

inducano il differenziamento dello xilema e reprimano la proliferazione

del floema

BRL1, BRL3

Quali geni sono attivati dalla via di signaling dei brassinolidi?

In cellule del mesofillo di Zinnia elegans i BR inducono il differenziamento in trachee

Il differenziamento coincide con l’espressione di omologhi dei geni HD-ZIPIII di arabidopsis

(ATHB8, ATHB15, REV)

In arabidopsis l’overespressione di ATHB8 induce proliferazione del

tessuto vascolare e differenziamento dello xilema

HD-ZIP III : regolatori positivi della proliferazione e del differenziamento del tessuto vascolare

ACQUISIZIONE IDENTITA’ XILEMA/FLOEMA

ALTERED PHLOEM DEVELOPMENT (APL): fattore MYB

Espresso nel floema

In mutanti apl (letali) si hanno elementi xilematici al posto dei floematici;

espressione ectopica di APL nella stele sopprime l’espressione del protoxilema e di parte del metaxilema ma il differenziamento delle cellule floematiche

è incompleto

Necessario ma non sufficiente per il differenziamento in floema

XILOGENO: identificato in trachee immature di Zinnia come un fattore di secrezione che promuove il differenziamento di cellule vicine

Piccola proteina con caratteristiche di arabinogalattanoproteina e lipid transfer protein (LPT)

È localizzato in maniera polare nella parte apicale di tracheee immature

Forse può interagire con steroli tramite il dominio delle LTP