Photomorphogenese Flashcards
Bei welche Pflanzen findet Photomorphogenese statt?
- Niedere Pflanzen (Gymnospermen): kein großer Unterschied in der Entwicklung im Licht und im Dunkeln
- Angiospermen: umfangreiche Veränderung in der Morphologie Chloroplasten → - entwicklung und Chlorophyllbiosynthese nur im Licht → Licht als Signal für die Entwicklungprozesse
Skotomorphogenese und Photomorphogenese?
• Photomorphogenese = lichtinduziertes Wachstum und Differenzierung
◦ Es werden Photonen gewisser Wellenlänge als Signal wahrgenommen, die eine Signaltransduktionskette in der Zelle für die Aktivierung bestimmter Gene auslösen.
• Skotomorphogenese (= Etiolement) = charakteristische Entwicklung unter Lichtabschluss
Welche 2 Arten von Pigmenten gibt es in Pflanzen?
• (1) Massenpigmente:
◦ z.B. Chlorophylle & Carotinoide ◦ Absorption und Übertragung von Energie für Photosynthese = Lichtsammelfunktion
◦ Herstellung der optischen Kommunikation zwischen Pflanze und Tier = Signalfunktion, Farbstoffe in Blüte, Frucht + Samen
◦ Absorption unerwünschter Strahlung = Lichtfilter- und Schutzfunktion
• (2) Sensorpigmente:
◦ z.B. Phytochrom, Phototropin
◦ Optimierung der pflanzlichen Entwicklung und Reproduktion
◦ Optimale Modulation des pflanzlichen Verhaltens: Phototropismus, intrazelluläre Bewegungen
Wichtige nicht-photosynthetische Lichtwirkungen auf Pflanzen?
◦ 1. Photomorphogenese (Lichtfluss, Lichtfarbe)
◦ 2. Tageslänge, Photoperiodik, Tag/Nacht-Rhythmus
◦ 3. Wellenlänge (Schattenvermeidungsreaktion/Blaulicht und Rotlicht)
◦ 4. Phototropismus (Lichtrichtung) 154
◦ 5. Lichtintensität
Wichtige Sensorpigmente?
• Blaulichtrezeptoren (UV-A und Blaulicht, 340-520 nm)
→ Phototropin und Cryptochrom
• Phytochrom (Rot- und Dunkelrotlicht, 660 bzw. 730 nm)
Was ist Phytochrom?
- Protein mit einem Chromophor, dem Phytochromobilin
- absorbiert langwelliges Licht → messen das Verhältnis von hellrotem zu dunkelrotem Licht
- am besten erforschten Formen sind Phytochrom A (PhyA) und Phytochrom B (PhyB)
- existieren als Dimere
- Absorptionsmaximum von Pr liegt in vitro bei 665 nm, also im Hellrot (HR), das von Pfr bei 730 nm, also im Dunkelrot (DR)
Photobiologische Eigenschaften Phytocrom
◦ wird rotes Licht absorbiert, wechselt Phytochrom von PR zur PFR
◦ PFR-Form absorbiert dunkelrotes Licht und wechselt zur PR-Form zurück
◦ PFR kehrt auch auf lichtunabhängige Weise zu PR zurück (Dunkelreversion)
Beispiele für PFR-ausgelöste Reaktionen?
◦ Samenkeimung
◦ Hemmung der Sprossverlängerung
◦ Chlorophyllanreicherung
◦ Blühinduktion
◦ Erweiterung der Kotyledonen
◦ Blattbewegung
Phytochromregulierte Plastidendifferenzierung?
◦ Induktion des Photosyntheseapparats für die Nutzbarmachung des Lichts zur Erzeugung von Stoffwechselenergie
◦ in ergrünungsfähigen Organen der Pflanze, vor allem in den Blättern, treten zwei spezifisch differenzierte Plastidenformen auf: die Etioplasten im Dunkeln und die Chloroplasten im Licht
▪ Etioplasten können sich bei Belichtung rasch in Chloroplasten umwandeln
Was sind Schattenvermeidungsreaktion?
viele Pflanzen reagieren damit, wenn sich benachbarte Pflanzen während der Wachstumsphase gegenseitig beschatten ◦ hängt vom DR-Anteil des Lichts ab
◦ Blätter der Beschatter absorbieren stark HR durch Chlorophyll & transmittieren oder reflektieren DR
◦ ein hoher DR-Anteil des auf die Pflanze fallenden Lichts ist ein zuverlässiger Indikator für benachbarte Konkurrenten um Licht
◦ Pflanze reagiert auf die Verminderung des HR/ DR-Verhältnisses im Tageslicht → verstärktes Wachstum der Sprossachse mit dem Ziel, ihren Blättern eine günstigere Position im Licht zu verschaffen
◦ Gleichzeitig wird das Flächenwachstum der Blätter reduziert und die Verzweigung gehemmt
Was ist Photoperiodik?
◦ Die Pflanze regelt ihre Empfindlichkeit für Licht durch die Produktion von Phytochromen und Cryptochromen, verstärkt am Morgen.
◦ Phytochrom misst auch die Tageslänge und stellt auch die biologische Uhr immer wieder präzise ein
◦ die endogene biologische Uhr hält zwar nur annähernd eine Zeitspanne von ca. 24 Std. ein
kontrolliert durch circadian-oszillierende Rhythmen von zellulären Aktivitäten (z.B. Blattbewegung, Öffnen und Schliessen der Blüten,.…)
◦ Circardiane Rhythmen: 1) laufen auch unter konstanten Außenbedingungen weiter; 2) unter konstanten Umweltbedingungen beträgt die Periodenlänge weiterlaufender (freilaufender) Rhythmik i.d.R. nicht genau 24h; 3) laufen temperaturkompensiert ab
Was ist Photoperiodismus?
= Blühinduktion durch Bestimmung der relativen Länge von Tag und Nacht
▪ ermöglicht synchronisierte Entwicklung/Reproduktion im Verlauf der Wachstumsperiode
▪ präzisen Wechsel vom vegetativen Sprossmeristem zum Blütenmeristem
▪ Dunkel- bzw. Nachtphase ist hierbei entscheidend
Kurztagpflanzen (KTP), Langtagpflanzen (LTP) und tagneutrale Pflanzen?
◦ Kurztagpflanzen: blühen bei täglicher Beleuchtungsdauer von ≤12 h Störlicht in einer Dunkelphase → bewirkt LT-Bedingung
◦ Langtagpflanzen: blühen bei ca. 16 h täglicher Beleuchtung (8 h Dunkelheit) bei kurzer Unterbre → - chung einer KT-Periode wird in Pflanze LT-Bedingungen simuliert
◦ → kritische Tageslängen beider Typen können überlappen ◦ tagneutrale Pflanzen: die Beleuchtungsdauer hat keinen Einfluss auf die Blütenbildung
Zelluläre Antworten auf Blaulicht?
• 2 verschiedene Blaulicht-Photorezeptoren: Cryptochrom und Phototropin
Blaulichtwirkung, die zur Sprosskrümmung führt?
◦ 1. Die Spitze ist der Ort der Lichtwahrnehmung und der Auxinproduktion
◦ 2. Blaulichtinduzierte Auxinproduktion
◦ 3. Seitlich diffundiertes Auxin in der Sproßspitze bzw. Umverteilung des Auxins infolge der einseitigen Lichtquelle ◦ 4. Basipetaler Auxintransport
◦ 5. Zellverlängerung stimuliert in Abhängigkeit zur Auxinmenge
◦ 6. Sprosskrümmung
Chloroplastenbewegung?
▪ Chloroplasten werden möglichst günstig für die Photosynthese positioniert
▪ bei niedrigen Blaulicht-Intensitäten wandern Chloroplasten zur Zelloberseite, um die Lichtsammlung zu optimieren
▪ bei höheren Lichtintensitäten wandern sie von der Lichtquelle weg (an den Rand der Zelle), um Zerstörung durch Licht zu mindern
stomatäre Reaktion auf blaues Licht?
Die stomatäre Reaktion auf blaues Licht ist schnell und reversibel, und sie ist in einem einzigen Zelltyp, der Schließzelle, lokalisiert.
• Die Reaktion der Stomatalzellen auf blaues Licht reguliert die stomatären Bewegungen während der gesamten Lebensdauer der Pflanze.
Dies ist im Gegensatz zu Phototropismus oder Hypokotyldehnung, die in frühen Entwicklungsstadien funktionell wichtig sind.
Cryptochrome?
beeinflussen viele Prozesse in der Pflanze, z.B. Inhibition der Hypokotylverlängerung, Regulation des Blühzeitpunktes, Stängel-Elongation und fördert Farbpigment-Synthesen (Anthocyan, Chlorophyll, Carotinoide), was ein gesundes und stabiles Wachstum bedeutet
zelluläre Antwort auf Blaulicht?
Inhibition der Hypokotylverlängerung (ungerichtet)
- Phototropismus
- Messung der Photoperiodik 160
- Öffnung des apikalen Hakens (blaues Licht mit hoher Flussrate)
- Induziert die Expression von zahlreichen Genen:
◦ Chlorophyll a/b -Bindeproteinen
◦ RubisCO
◦ Phenylpropanoid-Metabolismus (UV-Schutz?) #
- Öffnung der Spaltöffnungen
- Chloroplastenbewegung
