Etileno La hormona gaseosa Historia y Descripcin Descubrimiento

Etileno La hormona gaseosa

Historia y Descripción Descubrimiento 1901 Asociado a lámparas de combustible de carbón Senescencia y abscisión en hojas de árboles 1910 Naranjas inducen maduración de bananos (Etileno en plantas) 1910 -1958 Poco interés, auxina, gas, se demostraron efectos en plantas 1959 Se logra medir por cromatografía de gas, retoma auge Transporte Movimiento pasivo Facil difusión Soluble en agua y lípidos

Características Sitios de síntesis Tejidos dañados Tejidos senescentes Frutos madurando Se puede sintetizar en todos los órganos Plantas inferiores-cianobacterias-helechos-hongos Roles biológicos Germinación Crecimiento de plántulas Senescencia y abscisión de órganos Respuesta al estrés Maduracón de frutos (climatéricos y biosíntesis de etileno)

Biosíntesis de etileno Metionina (MET) ACC sintetasa S-adenosylmetionina (SAM) Acido 1 -aminociclopropano-1 carboxilico (ACC) Etileno ACC oxidasa

Yang’s cycle BIOSINTESIS Transcriptional regulation

Biosíntesis de etileno

Factores que afectan síntesis de etileno n n n Promotores Oxígeno Auxinas Etileno Ac. Abscísico Estrés n n n (sequía indundación frío, daños físicos o químicos) Cobre Etapa de desarrollo n n n Inhibidores Aminoetoxivinilglicina (AVG) inhibe ACCsint Auxinas Giberelinas Anoxia Cobalto y Plata Ag. NO 3 n n n Inhiben acumul de Et Temperatura alta o baja Alta conc de CO 2

Interacción hormonal n n ACS son genes de ACC sintetasa en Arabidopsis ACS 2 y 4 a 6 son regulados diferencialmente x factores biótcos y abióticos n n n ACS 6 m. RNA aumenta ante presencia de ozono ACS 4 aumenta ante dosis bajas de CK ACS 4 aumenta ante aplicación de auxinas ACS 2 m. RNA + hojas jóvenes y flores y tarde en formación de raíces Mutantes con respuesta reducida a CK muestran Triple respuesta n n n n Inhibe creimietno de raiz Aumenta crecimientoo radial del hipocotilo Exagera formación del gancho apical CIN 5 no responde a CK y corresponde a mutación en ACS 5 Brassinosteroides afectan tasa de transcripción de ACS Aux 1, axr 1 y eir 1 (transportadores de auxina) tiene insensibilidad a etileno y respuesta a auxina Etileno-Ac. Jasmónico: involucrados en Respuesta Sistémica Inducida

Interacción hormonal ABA-Etileno n n n ABA efecto negativo en mutantes que sobreproducen etileno ABA inhibe germinación y crec radical en plantas silvestres de ARBD C 2 H 4 no inhibe germinación pero sí crec radical EIN 2 - es hipersensitivo a ABA en ensayo de germinación CTR 1 - es resistente al ABA en el test de germinación n Indica que ABA induce síntesis de etileno o mayor sensibilidad

ESTUDIO DE VIAS DE RESPUESTA AL ETILENO Identificación de mutantes

IDENTIFICACION DE MODO DE ACCIÓN BIOENSAYO: Triple respuesta en plántulas etioladas con etileno Muy específica para etileno • inhibe crecimiento radical • engrosamiento radial del hipocótilo • Formación del gancho apical exagerado Tres tipos de mutantes: Insensibles al Etileno EIN Tejido específico Respuesta constitutiva: sobreproductores ETILENO respuesta triple constitutiva CTR Clonado y caracterización de genes involucrados

Receptores del Etileno n n Receptor de membrana Similar a sistema de 2 componentes de bacterias n n n Proteina receptora con Histina kinasa Regulador de respuesta con motivo de recibo En ARBD hay 5 receptores: n ETR 1, ETR 2, ERS 1, ERS 2 y EIN 4

GAF domain Histidine kinase domain Receiver domain Membrane spanning domain Ethylene binding site through copper ion CTR 1 interacting domain GAF motivo ubicuo de transmisión de señales, une a c. GMP

ER localization Putative signal peptide (tobacco homolog-PM localization)

• Receptores homo o heterodimerizan • ETR 1 y ERS 1 con HK y Cu binding • ETR 1, ETR 2 y EIN 4 con Rec. Dom. • Mutaciones individuales no afectan el fenotipo plt redundancia (no completa) • Mutación múltiple induce TR lo que indica que función regulador negativo • Receptor requiere Cu • Combinación de receptores puede dar diversidad de respuesta

Vía de señalamiento n n n CTR 1. mutante es TR constitutiva Naturaleza recesiva plt regulador negativo Es del tipo de MAK plt rol de P en señalamiento Evidencia in vitro señala que ETR 1 y CTR 1 pueden interactuar Expresado constitutivamente EIN 2 mutante pierde respueta a Etileno plt regulador positivo Codifica proteína de membrana Se asociado a vias de traducción de auxinas, citoquinina y ABA y reducida sensibilidad a bacterias (rol directo o x insensib. al etileno) EIN 3 sobre expresión causa hipersensibilidad: factor limitante en resp a etil. Expresión ubicua en la planta ERF 1, factor de transcripción, se une a motiv GCC de genes inducidos por patógenos y por etileno

ETR 1 CTR 1 EIN 2 nucleus EIN 3 EBS ? (~6 genes) 1º responsive genes (>120) GCC 2º responsive genes

A model of the role of EIN 5 in the ethylene signal transduction pathway

Bleeker y Kende, 2000 Olmedo et al, 2006

n A model of the role of EIN 5 in the ethylene signal transduction pathway. Ethylene (C 2 H 4) is perceived by repressing the action of receptor complexes including ETR/ERS/EIN 4 receptors, RTE 1, and Raf-like protein kinase CTR 1, which negatively regulates downstream signaling component EIN 2. Upon ethylene treatment, EIN 2 is derepressed and could thus transmit the signal into the nucleus to activate a number of transcription factors, including EIN 3 and EIL 1. EIN 3 directly binds to the regulatory elements of target genes and induces the expression of yet other transcription factors (i. e. , ERFs and EDFs) that would ultimately regulate a series of ethylene responses. In the absence of ethylene signal, a Skp 1 -Cullin 1 -F-box complex consisting of one of two F-box proteins, EBF 1 and EBF 2, targets EIN 3 protein for degradation via an ubiquitin/proteasome pathway. Interestingly, EBF 1/EBF 2 gene expression is induced by ethylene in an EIN 3 -dependent manner, which forms a negative feedback regulation on the EIN 3 function. EIN 5, a 5′→ 3′ exoribonuclease, is involved in facilitating the turnover of EBF 1/EBF 2 m. RNA through a yet unknown mechanism. Therefore, EIN 5 is proposed to antagonize the negative feedback regulation on EIN 3 by promoting EBF 1 and EBF 2 m. RNA decay, which consequently allows the accumulation of EIN 3 protein to trigger the ethylene response. Red arrows and blue bars represent positive and negative regulations, respectively. The dotted lines represent regulatory steps in which a direct physical link between upstream and downstream components has yet to be demonstrated.

EIN 3 - a mutigen family (5 -6? ) of transcription factors, targeting EBS in ERF 1 (ethylene primary responsive -AP 2/EREBP-transcription factors) - acts as a homodimer (in vitro) to activate ERF 1 transcription - ERF 1 binds GCC box in ethylene 2 nd responsive genes (e. g. PDF 1. 2) - pre-existing TF, but not induced by ethylene; protein modification or accumulation is important

EIN 2 - Nramp family of 12 membrane spanning motif metal iontransporter - functional positioning ? ? ? – metal ion as a secondary messenger? ? ? - C-terminal end (cytosolic portion) can complement the mutant (not all, but subset of ethylene responses)

Col-0 in C 2 H 4 etr 1 -1 in C 2 H 4 air C 2 H 4 ctr 1 -1 ein 2 -1 ein 3 -1 Epistatic analysis between CER (ctr 1 -1) and ETR/EIN mutants – linear signaling pathway Biochemistry of ethylene signal transduction • gene cloning – protein identity • protein ID based functional positioning in signaling pathway • manipulation of gene action in planta