BV581 - Fisiologia Vegetal Básica - Desenvolvimento

Aula 5: Citocininas

Prof. Marcelo C. Dornelas

Histórico

As citocininas foram descobertas na década de 1950 quando o grupo de F. Skoog (EUA) identificou a cinetina como um composto derivado da degradação de DNA que, quando adicionado à cultura de tecidos de tabaco, induzia uma maior proliferação celular. Posteriormente a trans-zeatina (tZ), isolada de endosperma imaturo de grãos de milho, foi identificada como a principal citocinina natural. Ela ocorre não apenas em milho, mas em todas as plantas superiores.

Descoberta das citocininasCitocininas foramdescobertas em esforçospara identificar compostosque aumentassem o crescimento de célulasvegetais em cultura

Nos anos 1950s, o grupo depesquisa de Folke Skoog (Univ.

Wisconsin, EUA) identificou uma citocinina sintética, a cinetina (ou kinetina)

Controle Com cinetina

cinetina

Metabolismo e Transporte

As citocininas são sintetizadas principalmente nos plastídeos, a partir de moléculas de adenina e dimetilalil difosfato (DMAPP, um isoprenóide). O primeiro passo da síntese é realizado pela enzima isopentenil transferase (IPT), produzindo isopentenil ribotídeo (iPDP/TP). A enzima CYP735A realiza uma trans-hidroxilação deste composto para formar a trans-zeatina ribotídeo (tZDT/TP). Ambos os ribotídeos (iPDP/TP e tzDP/TP) são modificados pela

enzima LONELY GUY para formar as duas principais citocininas ativas encontradas em plantas: isopentenil adenina (iP) e trans-zeatina (tZ). As citocininas podem ser inativadas reversivelmente por conjugação (adenilação, glicosilação, etc) ou irreversivelmente por degradação pela enzima citocinina oxidase (CKX).

Síntese de citocininas

iPDP/ iPTP

Isopentenil-transferase

(IPT)

+ADP/ ATP

tZDP/ tZTPtransZeatin (tZ)

riboside phosphate

CYP735A(trans- hidroxilação)

Estes dois últimospassos sãorealizados por umaenzima chamadaLONELY GUY Formas

AtivasiP tZ

LONELY GUY

Os genes codificadores de CKX são importantes moduladores das concentrações de citocininas na planta. Uma vez que os genes codificadores de CYP735A são expressos nas raízes, a maior parte das moléculas de tZ são produzidas nas raízes e depois transportada para outras partes da planta. Embora a raiz seja o principal órgão produtor de citocinina, outras partes da planta produzem iP. Desta forma, a maior parte do transporte de citocininas pela planta é feita pelo xilema (sob a forma de tZ conjugada), mas também pode ocorrer pelo floema (sob a forma de iP conjugada).

Citocininas podem ser inativadas por conjugação ou degradação

A

FORMAATIVA Genes CKX são

induzidos por citocinina!

DEGRADAÇÃO É IRREVERSÍVEL!

LOG

Citocinina oxidase (CKX)

CONJUGAÇÃO ÉREVERSÍVEL!

Sítios de glucosilação

O-glicosilação ou O-acetilação

adenilação

Adenina Fosforribosil

Transferase 1 (APT1)

Os genes CKX sãoimportantes reguladoresdos níveis de citocininas !

Papel Fisiológico

Como a descoberta das citocininas está relacionada com a cultura de tecidos, estava claro desde o princípio que as citocininas agem em conjunto com as auxinas para modular a morfogênese dos órgãos vegetais. De forma geral, as citocininas promovem a formação de parte aérea e inibem a formação do sistema radicular, tanto em cultura de tecidos in vitro quanto na planta in vivo, como indicam os fenótipos de plantas que superexpressam ou são mutantes para o gene IPT. Como o gene IPT codifica uma enzima importante para a síntese de citocinina, plantas superexpressando IPT produzem mais citocinina e possuem uma maior brotação das gemas laterais e sistema radicular reduzido. Já as plantas mutantes para IPT, produzem menos citocinina e portanto possuem parte aérea menos desenvolvida e um sistema radicular mais abundante. Este fenótipo também pode ser obtido com a superexpressão de genes da CKX, que degrada citocinina. As citocininas também promovem o retardo da senescência e a diferenciação de cloroplastos, bem como na realocação de nutrientes.

Mecanismo de Ação

A sinalização de citocininas é mediada por receptores transmembranares do tipo histidina-kinase que possuem um sistema de dois componentes para a transferência de fosfato entre histidinas e aspartatos. O receptor ativo é um dímero de CRE1 (ou de um dos três receptores conhecidos em Arabidopsis). Os receptores de citocininas possuem um domínio extracelular denominado CHASE, onde se liga a molécula de citocinina, um domínio transmembranar e o domínio histidina-kinase que é intracelular. Com a ligação de uma molécula

de citocinina, o receptor se torna ativo e há a transferência do fosfato entre a histidina e o aspartato do receptor. Este, por sua vez, transfere um grupamento fosfato para uma histidina fosfotransferase (AHP, existem 5 AHPs em Arabidopsis).

membrana

O receptor transfere fosfato

para umahistidina

fosfotransferase(Há 5 em

Arabidopsis, AHP1 a AHP5)

CRE1

H H

DD

CK

AHP(inativa)

AHP(ativa)

H

H

Uma vez ativada por esta fosforilação, a AHP vai para o núcleo, onde ela transferirá o grupamento fosfato para o aspartato de um regulador de resposta (ARR). Existem 3 tipos de ARR, mas apenas 2 são responsivos à citocininas, os ARR do tipo A e os ARR do tipo B. Os ARR do tipo B possuem um domínio de ligação ao DNA e podem agir como ativadores de transcrição. Já os ARR do tipo A não possuem domínio de ligação ao DNA e inibem a ação dos ARR do tipo B, agindo como inibidores das respostas à citocininas. Assim, a superexpressão de genes codificadores para os ARR do tipo A agem como inibidores de respostas à citocinina.

membrana

A AHP ativa vaipara o núcleo

onde transfere o fosfato para um

regulador de resposta (RR).Há 23 RRs emArabidopsis, denominados

ARR

CRE1

H H

DD

CK

AHP

H

núcleo

D

ARR

membrana

ARRs do tipo B podem funcionarcomo ativadorestranscricionais e

ativar genes induzidos por

citocininas

CRE1

H H

DD

CK

AHP

H

núcleo

D

Transcrição de genes induzidos por citocininas

ARR tipo B

membrana

ARRs do tipo Areprimem a açãodos ARRS do tipo

B e possuemoutras açõesinduzidas por

citocininas

CRE1

H H

DD

CK

AHP

H

núcleo

D

Transcrição de genes induzidos por citocininas

D

XXARR tipo B

ARR tipo A