Hormonphysiologie

Question 1

Phytohormone Funktion?

Answer 1

• Hormone: (gr: „in Bewegung setzen, antreiben, anregen“)
• Phytohormone: relativ kleine Moleküle, wirkungsunspezifische Auslöser von zellspezifischen Reaktionen
• Funktion: transportierbare Botenstoffe
• > Auf ortsgebundene Signalüberträger (Rezeptoren) in Reaktion auf Umwelteinflüsse und Entwicklung.
• >Multiple Wirksamkeit: vermeintlich breites Wirkungsspektrum
• in verschiedenen Zellen verschiedene Reaktionen auslösend.
• lösen jedoch sehr spezifische Antworten an bestimmten Zielorten(Geweben) aus (je nach „Ausstattung“ des Zielgewebes/Zelle)
• Können stimulieren und hemmen
• Antagonistische Wirkung und synergistische Wirkung: Crosstalk

Question 2

Wie ensteht Plastizität uns Dynamik bei der Hormonwirkung?

Answer 2

• Gerichtete Hormonströme zwischen Synthese- und Zielort: Verteilung innerhalb der Pflanze und Aufrechterhaltung gewebespezifischer Hormongradienten/-verhältnisse = kontrolliertes Netzwerke regulatorischer Signale

– große Plastizität und Dynamik

Question 3

Warum können unspezifische, kleine Moleküle als Phytohormone sehr spezifische Reaktionen in Zellen auslösen?

Answer 3

• Zellen sind spezifisch programmiert, um nach HormonRezeptor-Interaktion zu reagieren
• Konzentration bzw. Anwesenheit anderer Hormone wichtig
• Physiologische Wirksamkeit der Hormone abhängig von der Empfindlichkeit der Zellen
• Induktion einer Signaltransduktionskette  spezifische Aktivierung/Inaktivierung der Genexpression

Question 4

Was sind Cytokinine?

Answer 4

• Pflanzenhormone mit multipler Wirkung auf Wachstum und Entwicklung von Pflanzen
• beeinflussen vor allem die Zellteilung(Cytokinese)
• aktives Cytokinin -> Zeatin
• Adenin Ausgangsstoff für Cytokininsynthese
• in Wurzeln synthetitisiert

Question 5

Synthese von Cytokininen?

Answer 5

• Das meiste Cytokinin wird in den Wurzeln synthetisiert
• Transport: nonpolar und über das Xylem als Zeatin-Riboside. • Das Cytokinin wird als Signal von der Wurzel an den Spross ausgesandt.
• Konjugation: freie und zuckergebundene Formen.
• Embryo erhält zu Beginn der Entwicklung Cytokinin vom Endosperm und produziert es dann selber.
• Zellverlängerung und Wachstum des Sprosses wird ohne Wurzeln verhindert.

Question 6

Wie werden Cytokinine abgebaut?

Answer 6

-Cytokinin-oxidase

Question 7

Warum sorgt agrobacterium tumefaciens für Wurzelhalsgallen(pflanzlichen Tumor)?

Answer 7

Bakterien die das Genom der Pflanzen verändern! Mittels eines Ti-Plasmid wurde die TDNS mit den Genen für Cytokinin- und Auxinsynthese in das Pflanzengenom transformiert und anschließend in der Zelle exprimiert

Question 8

Auxin vs. Cytokinin?

Answer 8

Wenn das Verhältnis an Cytokinin gegenüber Auxin zu hoch ist, dann bilden sich Sprosse, wenn es zu niedrig ist, dann bilden sich Wurzeln. Durch Wechsel der Konzentrationen: Ganzpflanzenregeneration

-wirken atagonistisch gegeneinander:

Auxin unterdrückt Cytokininabhängige vorgänge

Cytokinin unterdrückt Auxinabhängige vorgänge

Question 10

Was ist das Geschwindigkeitsbestimmende Enzym der Cytokininsynthese?

Answer 10

-IsopentenylTransferase (IPT)

Question 11

Wozu führt zu viel und wozu zu wenig Cytokinin?Welche Ursachen?

Answer 11

A) Überexpression des IPT-Gen = Mehr Cytokininsynthese

• > Verzögerte Blattseneszenz
• >Ebenso, Seitensprosse

B) Expression der CytokininOxidase = beschleunigter Cytokininabbau -> schneller wachsendes und verzweigtes Wurzelsystem

C) Cytokininmangel: -> vergrößertes Wurzelmeristem

Question 12

Was ist Auxin?Wo wird es synthetisiert?

Answer 12

• Derivat des Tryptophans->Indol-3-Essigsäure
• Ort der Biosynthese des IAA: im apikalen Sprossmeristem, in jungen Blättern, Embryos, Blüten, Früchten und Pollen. -> Also, in allen aktiv wachsenden Geweben oder Reproduktionsgeweben

Question 13

Wie die Auxin(IAA)menge kontrolliert?

Answer 13

1. Biosynthese des Hormons,
2. Bildung der Konjugate (mit Glucanen, myo-Inositol, Amiden)
3. Auxintransport und Auxin-Transport-Inhibitoren
4. Kompartimentierung im Chloroplasten
5. Abbau des Auxins

Question 14

Phototropismus urch Auxin?

Answer 14

Question 15

polarer vs. unpolarer Transport?Was bedeutet basipetal und akropetal?Wie erfolgt der Transport des Auxins?

Answer 15

Nichtpolarer Transport: Phloem

Polarer Transport: Von Zelle zu Zelle

• basipetal: von Spitze der Pflanze zur Basis
• akropetal: Basis Richtung Spitze(Spross oder Wurzel)
• Ausin Transport polar

Question 17

Wie funktioniert der polare Auxintransport?

Answer 17

Einstrom: passiv als undissoziierte Form oder in der anionischen Form über eine Permease (AUX) im aktiven, sekundären Cotransport mit Protonen. ATPasen säuern Zellwand kontinuierlich an.

Ausstrom: über Auxin-AnionenCarrier (PIN) am basalen Pol der Zelle

Question 18

Funktion Auxin?

Answer 18

Ausbildung von Adventivwurzeln, Hemmung der Seitenknospen, Förderung des Spitzenwachstums

Question 19

Auxin: Gravitropismus und Geotropismus?

Answer 19

Gravitropismus, im Gegensatz zum Phototropismus

 Auxin reichert sich immer an der unteren Seite des Pflanzenorgans an

 Im Spross: hohe Auxin Konzentration in der unteren Seite stimuliert Sprosswachstum → negativer Geotropismus

 In der Wurzel: hohe Konzentration des Auxins hemmt Wachstum → Krümmung abwärts = positiver Geotropismus

Question 20

Erklärung für die Auxin-induzierte Zellwandausdehnung?

Answer 20

Lokal in der Plasmamembran ausgelöster Einbau von ATPasen und die Aktivierung von ATPasen und nachfolgend von extrazellulären Enzymen für die Lockerung der Hemizellulose-Zellulose-Verbindungen

-Auxin steigert die Dehnbarkeit der Zellwand durch erhöhten Protonenausstrom infolge erhöhter Protonenpumpenaktivtität (ATPasen). Die Ansäuerung der Zellwand aktiviert Enzyme, die Ionenbindungen der Wandpolymere auflösen (Extensine/Expansine)

Question 22

Antagonistische Wirkung Ethylen und Auxin währen Abszission?

Answer 22

Auxin verhindert den Blattfall, wirkt antagonistisch in der Abszissionszone

Nach Induktion der Ethylenbiosynthese bei schwächerem Auxingradienten wird Blattabfall eingeleitet Zellwände „weichen auf“,

Sekretion von Cellulasen und ZW-abbauenden Enzymen

Question 23

Warum keine lineare Auxinmengen-Wirkungs-Korrelation?

Answer 23

Konzentrationsabhängige Auxin-Wirkungen durchlaufen Optimumskurven Wenn Auxin höchste Wachstumssteigerungen bewirkt, wird bei diesen Auxinkonzentrationen die Bildung von Ethylen in diesen Organen ausgelöst und gesteigert. Ethylen wirkt antagonistisch, somit wachstumshemmend.

Question 24

Was sind Gibberiline?

Answer 24

-Phytohormone->Diterpene

Question 25

Giberrlin Synthese->Ort?

Answer 25

• Gibberelline werden synthetisiert in unreifen Samen, im apikalen Wurzel- und Sprossmeristem, und in jungen Blättern. • Konjugationen mit Glukose oder anderen Zuckern, um Speicherform oder Inaktivierung zu erreichen.
• Transport von GA erfolgt nicht-polar,
• mit Transpirationsfluß: relativ schnell: 5 cm/Std.
• Gegenseitige Umwandlung zwischen 110 verschiedenen Formen mit unterschiedlicher Aktivität: Lichtperiode und Temperatur sind regulatorische Faktoren für die Bildung aktiven GAs

Question 26

Giberillinbiosythese?

Answer 26

-über Terpenoidbiosyntheseweg

Question 27

Was sind die Wirkungen des Giberillins?

Answer 27

Förderung der Internodienstreckung & Apikaldominanz

• Auslösung oder Förderung der Blütenbildung
• Geschlechtsausprägung monözischer Pflanzen GAs bewirken verstärkte Ausbildung männlicher (stami → - nater) Blüten
• Wirkung der GAs auf Samenkeimung (insbesondere der Poaceae)
• Wirkung auf Baltt-, Hypokotyl- & Wurzelwachstum

Question 28

Wie kann Ethylen wirken?

Answer 28

kann als Hormon (Botenstoff innerhalb eines Individuums), als Pheromon (Botenstoff zwischen Individuen einer Art) & als Kairomon (Botenstoff zwischen Individuen verschiedener Arten) wirken

Question 29

Wie wird Ethylen transportiert?

Answer 29

• als Gas diffundiert Ethylen grundsätzlich schnell in den Interzellularen
• ACC (Aminocyclopropan-1-carboxylsäure) wird auf nichtpolare Weise transportiert.
• Transmembrane Rezeptoren in der Plasmamembran nehmen Ethylen wahr
• Belüftung ist wichtig!

Question 30

Wie wird Ethylen synthetisiert?

Answer 30

1. ATP ist eine essentielle Komponente in der EthylenSynthese. ATP und Wasser ergeben mit Methionin unter Verlust von drei Phosphaten : S-adenosyl methionin (SAM).
2. 1-Aminocyclopropan-1-carboxylsäure-Synthase (ACCSynthase) ermöglicht die Produktion von ACC aus SAM
3. Sauerstoff wird benötigt, um ACC zu oxidieren und Ethylen zu produziereren, (ACC-Oxidase)

Synthese: ACC-Synthase ist der raten-limitierende Schritt der Ethylensynthese Methionin  S-Adenosylmethionin  Aminocyclopropancarboxylat  Ethylen

Question 31

Was fördert Ethylen die Fruchtreifeung?

Answer 31

1. Ethylen ist das Hormon, das den Reifungsprozeß einleitet. Die Reifung geht mit einem Anstieg der Atmungsrate einher, dem Klimakterium. Um die notwenigen Enzyme zu bilden, muß die Atmungsrate (Respiration) erhöht werden.

Wie?

.• Ethylen induziert Chlorophyllabbau

• Bildung anderer Pigmente
• Pektinasenbildung, Abbau von Pektin
• Stärkeabbau, Zuckerbildung

Question 32

Wie induziert Ethylen die Seneszenz?

Answer 32

Seneszenz: eine gesteuerte und produktive Form des Alterns, Synthese von abbauenden Enzymen, Rücktransport und Recycling für nächste Generation oder nächste Vegetationsperiode

Was könnte das Seneszenzsignal sein? – Tageslänge, -aber auch ein erneuter Anstieg der Respirationsrate, ->durch plötzliche Ethylenproduktion

•Antagonisten der Reifungs- und Seneszenzprozesse: Gibberelline und Cytokinin

Question 33

Was ist der Ethylen.induzierte triple response?

Answer 33

1. Hemmung der Sprossverlängerung
2. Verdickung des Sprosses
3. Krümmung des Hypokotylhakens, der Schwerkraft folgend
   - >z.B. bei mechanischen Barrieren

Question 35

Wie kann durh einen tgransgenen Eingriff die Reifung verhindert werden?

Answer 35

Inaktivierung der ACC-Oxidase durch Antisense RNA-Synthese verlängert die Lagerfähigkeit der transgenen Früchte im Vergleich zum Wildtyp

Question 36

Was sind Wirkungen des Ethylens bei Sauerstoffmangel?

Answer 36

Hypoxie: Wachstum unter Sauerstoffmangel, bedingt durch Überflutung des Bodens

Anoxie: Anzucht unter absolutem Sauerstoffabschluss

Physiologische Effekte auf Grund von Hypoxie und Anoxie Anoxie = blockt die Atmung (Respiration) und ATP-Synthese in Mitochondrien vollständig

Hypoxie sorgt für Stimulation der Ethylensynthese. Diese ist für die Reaktionen zur verbesserten Durchlüftung nötig

Bildung des Aerenchyms wird durch Ethylen induziert -> Auslösung des programmierten Zelltods Hemmung der Ethylensynthese verhindert Aerenchymausbildung

1. Belüftetes Wurzelgewebe
2. Belüftetes Wurzelgewebe plus Ethylen
3. Wurzeln in nichtbelüfteter Athmosphäre
4. Hemmung der Auswirkungen von Ethylen, z.B. verursacht durch N + P Mangel

Question 38

Was ist ABA?wofür wichtig?

Answer 38

-Abscisinsäure

ABA ist an der Antwort auf Stresssituationen beteiligt. ABA für die Koordination der Stressantwort in Pflanzen nötig Die meisten durch ABA verursachten Effekte beziehen sich auf Wasserverfügbarkeit

• ABA wirkt als Signal auf verringerte Wasserverfügbarkeit. ABA Gehalt steigt schnell unter Wassermangel an und trägt in den Blättern dazu bei, dass Wasser gespart wird, durch
  1. induzierten Verschluß der Stomata,
  2. Verlangsamung und Verhinderung des Wachstums (= verringerter Wasserverlust)
  3. weitere Anpassungsreaktionen ABA-Synthese fällt ab, wenn das Wasserpotential wieder auf Normalwerte ansteigt.

Question 39

ABA Transport?

Answer 39

Transport zumeist über das Phloem (zumeist aufwärts), manchmal im Xylem (ausschließlich aufwärts). Dennoch keine Polarität.

ABA wird dann schnell in der Blattspitze abgebaut, um Dormanz innerhalb aktiv-wachsenden Gewebes zu vermeiden!

Question 40

Wie funktioniert die Aufrechterhaltung der Samenruhe durch ABA?

Answer 40

Samenentwicklung: drei Phasen: 1. Embryogenese, 2. Endospermentwicklung, 3. Wasserentzug und Samenruhe Samenruhe (Seed dormancy): Folge der Austrocknung (Absenken des Wasserpotentials).

Anpassung an schwierige Umweltbedingung Während der Embryogenese erreicht ABA einen Spitzenwert im Samen ABA-Menge steigt an und fördert

1. ) Austrocknungstoleranz des Embryos und Verhinderung weiterer Entwicklung
2. ) Die Anreicherung von Reserveproteinen
3. ) Dormanz, bis Embryo optimale Keimungsbedingungen findet.

Question 41

Welche Bedeutung hat ABA für die Keimung?

Answer 41

• Vorzeitige Keimung unreifer Embryonen wird durch ABA verhindert. Embryo verbleibt für bestimmten Zeitraum im ruhenden Zustand.
• Embryonal kontrollierte Samenruhe könnte durch Hemmstoffe oder Einsatz von Wuchsstoffen aufgehoben werden.
• Viviparie: Embryoentwicklung ohne Samenruhe, Keimung auf Mutterpflanzen
• Brechen der Samenruhe erfolgt mit drastischem Abfall des Verhältnisses ABA zu GA (Aktivierung der α-Amylase)

 Antagonistische Wirkung

 Mutanten : Defekte ABA Synthese oder Sensitivität

Question 42

Welche Funktion hat ABA bei der Anpassung an Trockenstress?

Answer 42

Bei niedrigem Wasserpotential (wenn auch die ABA Konzentration hoch ist) fördert ABA das Wurzel- und hemmt das Sproßwachstum.

Im Mais wurde gezeigt, daß durch Trockenstress induziertes ABA für die Verschiebung der Wachstumsverhältnisse zugunsten der Wurzel verantwortlich ist (neben der Schließung der Spaltöffnungen).

Förderung des SprossWachstums bei hohen Wasserpotentialen durch endogenes ABA Bei niedrigem Wasserpotential scheint ABA das Sprosswachstum zu hemmen

Question 44

Wie führt ABA zur Schließung der Stomata?

Answer 44

Question 45

Stomata Öffnung?

Answer 45

1. In Reaktion auf einen Stimulus (z.B. Blaulicht), werden Protonen aus der Schließzelle gepumpt.
2. es resultiert ein elektrochemischer Gradient, der die Diffusion von K+- Ionen in die Schließzellen erlaubt.
3. Cl—Ionen werden aufgenommen
4. Malat wird im Zytoplasma produziert.
5. Aufbau einer Konzentration an osmotisch-wirksamen Substanzen (K+ , Cl- , malate) : erhöht das osmotische Potential und verursacht Einstrom von H2O.
6. Das Volumen der Schließzellen vergrößert sich und die Stomata öffnen sich.