Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Regulacja hormonalna endocykli i wpływ światła
05.03.2013
Regulacja hormonalna endocykli i wpływ światła

Czynniki odpowiadające za występowanie endocykli, jak również klasycznych cykli komórkowych podlegają kontroli hormonów roślinnych. Substancje te wpływają na wystąpienie, lub brak podziałów oraz na ich przebieg, a także na zjawiska wydłużania komórek i przyrost masy. 

Liczne doświadczenia udowdniły,  że niektóre z fitohormonów powodują zahamowanie proliferacji, tym samym promując endocykliczną syntezę DNA organizmu. Wykazano m.in.:

  • oddziaływanie auksyn na wygląd i wielkość owoców podczas badań na drzewie morelowym. Hormony te bezwzględnie spowodowały wzrost owoców, poprzez zwiększenie objętości komórek owocni. Komórki te wykazały zwiększoną objętość jąder komórkowych, charakteryzujących się poliploidalnością. Zastosowane stężenie auksyn wywołało duplikację chromosomów w czasie endomitozy, być może było zbyt niskie by wywołać klasyczny cykl mitotyczny. Na tej podstawie można przypuszczać, że istnieje znacząca zależność pomiędzy poziomem ilości fitohormonu w owocu i przejściem mitoza/endopoliploidyzacja.  
  • działanie auksyn w liściach na podstawie doświadczeń przeprowadzanych w hodowlach tkankowych z Petunia. Komórki z hodowli, traktowane auksynami charakteryzowały się podwojoną liczbą chromosomów i indukowanym tworzeniem endopoliploidów.
  • współdziałanie auksyn i cytokinin w komórkach kory korzenia roślin strączkowych. Odpowiednie stężenie spowodowało obecność dodatkowych rund replikacji, wyprzedzających zaistnienie mitozy.
  • wpływ kwasu giberelinowego na rozwój roślin przy udziale endocykli. GA3 m.in. powoduje pojawienie się nadekspresji genów odpowiedzialnych za formowanie włosków liściowych,  lub kontroluje ile odgałęzień wytworzy w czasie wzrostu rzodkiewnika
  • zastosowanie odpowiednich stężeń giberelin wywołujących endocykle podczas doświadczeń mających na celu regenerację roślin z eksplantantu.
  • pełnienie kontroli nad replikacją DNA przez gibereliny i etylen w komórkach hypokotylu u Arabidopsis, co wpływa na wydłużanie.
  • hamowanie cytokinezy przez etylen w modelu Anemia phyllitidis.
 
Przytoczone przykłady kontroli sprawowanej przez fitohormony powodują promowanie  dodatkowych rund syntezy kwasu deoksyrybonuleinowego, a co za tym idzie występowania endomitozy. Rozpatrując molekularne podłoże zjawiska, należy zaznaczyć, że cytokininy powodują szybką aktywację podstawowego białowego regulatora cyklu komórkowego, jakim jest kinaza A (CDKA). Możliwe jest to dzięki defosforylacji, umożliwiającej wejście komórki w mitozę. Udowodniono istnienie tzw. hormonalnego punktu kontrolnego cyklu komórkowego, który ulokowany jest w fazie G2 interfazy. Jest to moment, kiedy niezbędne staje się odpowiednio wysokie stężenie cytokinin, warunkujące przeprowadzenie klasycznego podziału komórkowego.
 
Ponadto wiele źródeł opisuje abiotyczne czynniki środowiska jako wpływające na obecność poliploidalności roślin. Czynnikiem takim jest między innymi dostępność światła. Umieszczone w ciemności epikotyle Pisum sativum oraz hypokotyle Arabidopsis thaliana, wykazały obecność endocykli związanych ze skłonnością komórek do wydłużania. Doszło do zwiększenia poziomu  DNA w jądrach komórkowych do wartości 8C i 16C, podczas gdy zawartość DNA w jądrach  wariantów oświetlonych wyniósł odpowiednio 4C i 8C. Zjawisko to stanowi część programu fotomorfogenicznego roślin, w którego występowanie i regulacje zaangażowane są fitochromy. Zjawisko to można łatwo zaobserwować w domowych warunkach, kiedy rośliny pochylają się w stronę światła. Od strony zacienionej dochodzi do wspomnianych rund endocykli i komórki wydłużają się, podczas gdy te po stronie doświetlanej pozostają tych samych rozmiarów. 
 
Izabela Kołodziejczyk
portal biotechnologia.pl
 
Źródła: 
  1. Alberts B (1999) Podstawy biologii komórki. PWN, Warszawa
  2. Edgar BA, Orr-Weaver TL (2001) Endoreplication cell cycles: more or less. Cell 105: 297-306
  3. Dan H, Imaseki H, Wasteneys GO, Kazama H (2003) Ethylene stimulates endoreduplication but inhibits cytokinesis in cucumber hypocotyl epidermis. Plant Physiol 133: 1726–1731
  4. Inze D, De Veylder L (2006) Cell cycle regulation in plant development. Annu Rev Genet 40: 77-105
  5. Jabłońska-Trypuć A, Czerpak R (2009) Cytokininy i ich aktywność biochemiczna w procesach podziałów, starzenia się i apoptozy komórek ludzkich i zwierzęcych. Postępy biologii komórki 36: 135-174
  6. Joubes J, Chevalier C (2000) Endoreduplication in higher plants. Plant Mol Biol 43: 735-745
  7. Kaźmierczak A (2003) Induction of cell division and cell expansion at the beginning of gibberellin A3-induced precocious antheridia formation in Anemia phyllitidis gametophytes. Plant Sci 165: 933–939
  8. Kaźmierczak A (2004) Aminooxyacetic acid inhibits antheridiogenesis and development of Anemia phyllitidisgametophytes. Plant Cell Rep 23: 203-210
  9. Kaźmierczak A (2010) Endoreplication in Anemia phillitidis coincides with the development of gametophytes and male sex. Physiol Plant 138: 321-328
  10. Kondorosi E, Roudier F, Gendreau E (2000) Plant cell-size control: Growing by ploidy? Curr Opin Plant Biol 3: 488-492
  11. Kwiatkowska M, Popłońska K, Kaźmierczak A, Stępiński D, Rogala K, Polewczyk K (2007) Role of DNA endoreduplication, lipotubuloids, and gibberellic acid in epidermal cell growth during fruit development of Ornithogalum umbellatum. J Exp Bot 58: 2023-2031
  12. Kwiatkowska M, Wojtczak A, Popłońska K (1998) Effect of GA3 treatment on the number of spermatozoids and endopolyploidy levels of non-generative cells in antheridia of Chara vulgaris L. Plant Cell Physiol. 39: 1388-1390
  13. Małuszyńska J, Szweykowska-Kulińska Z (2007) Działanie genomu komórki. W: Wojtaszek P, Woźny A, Ratajczak L [red.] Biologia komórki roślinnej. Funkcja. PWN Warszawa, 36-52, 58-59
  14. Olszewska M, Małuszyńska J (1999) Badania genomu jądrowego. W: Rogalska S, Małuszyńska J, Olszewska M. Podstawy cytogenetyki rośłin. PWN Warszawa, 33-37
  15. Rogala K, Kwiatkowska M, Popłońska K (2008) DNA level in guard cells nuclei of Ornithogalum umbellatum ovary is 2C-4C. Acta Soc Bot Pol 77: 207-211
  16. Rogalska S (1999) Zmienność liczby chromosomów i układów chromosomowych. W: Rogalska S, Małuszyńska J, Olszewska M. Podstawy cytogenetyki roślin. PWN Warszawa, 153-173
  17. Rogalska S (2005), Małuszyńska J, Olszewska M. Podstawy cytogenetyki roślin. PWN Warszawa
  18. Rosiak M, Polit JT, Maszewski J (2002) Effects of 6-dimethylaminopurine, 2-aminopurine, olomoucine and sodium vanadate on DNA endoreduplication in primary roots of Pisum sativum. Biol Plant 45: 2005-211
  19. Rosiak M, Polit J, Maszewski J (2002) Staurosporine and vanadate can induce additional endo-S phases during cell differentiation in primary roots of Pisum sativum. Plant Sci 163: 889-895
  20. Sawicki J (1998) Cykl komórkowy. W: Kawiak J, Mirecka J, Olszewska M, Warchoł J. Podstawy cytofizjologii. PWN Warszawa, 339-352
  21. Stępiński D (2003) Effect of chilling on DNA endoreplication in root cortex cells and root hairs of soybean seedlings. Biol Plant 47: 333-339
  22. Traas J, Hulskamp M, Gendreau E, Hofte H (1998) Endoreduplication and development: rule without dividing. Curr Opin Plant Biol 1: 498-503
  23. Tretyn A (2002) Podstawy strukturalno-funkcjonalne komórki roślinnej oraz Mechanizmy wzrostu i rozwoju. W: Kopcewicz J, Lewak S [red.] Fizjologia roślin. PWN Warszawa, 67-87
KOMENTARZE
Newsletter