Phytohormone Bachelor an der Karlsruher Institut für Technologie

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Was haben Auxin, Jasmonsäure und Gibberilinsäure gemeinsam 

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Warum haben Pflanzen Hormone

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Zwei Konzepte der Funktion von Pfl. Hormonen

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Konzept der Hormone Tiere vs pflanzen

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Was ist mit Kompetenz Muster und wachstums-Regulator gemeint ?

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Pfl. Hormone Können mehrere Funktionen haben. wie wird das beeinflusst?

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erläutere die Signalleitung bis zur Physiologischen Antwort

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Die unterschiedlichen Klassen von Hormon-Mutanten

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Wie kann man in Pflanzen Mutanten Generieren ?

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Was ist in der Pflanzen Forschung sehr wichtig zur Aufklärung von Hormon Wirkung usw 

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Was sind die Limits der Mutanten Analyse?

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Aus welchen metabolischen Synthesewegen entstehen die Hormone 

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Phytohormone Bachelor

Was haben Auxin, Jasmonsäure und Gibberilinsäure gemeinsam 

  • Rezeptoren im Zellkern 

Perzeptions Mechanismen:

Für deren Signalleitung und Hormon Erkennung ist Protein Abbau sehr wichtig

 

Bsp Auxin, TIR1

  • (Im Grundzustand)Aktivator sitzt auf Promotor an DNA, gebunden von einem Repressor
  • Auxin bindet an Rezeptor 
  • Rezeptor bewirkt Abbau des Repressors 


Protein Abbau durch Ubiquitinierung und Proteosom 

  • TIR1 ist Bestandteil von E3
  • E3: Übertragung eines Ubiquitins von E2 auf ein Substrat-Protein(=Repressor)zu überführen
  • Ubiquitin: Kleines, globuläres Protein das in großer Menge vorkommt, wird über E1 und E2 an E3 gegeben 
  • Polyubiquitnierung führt zur Proteolyse im 26S Proteosom

Phytohormone Bachelor

Warum haben Pflanzen Hormone

  • Sesshafte Organsimen 
  • Müssen sich an dem Ort ihres Wachstums sowohl ihr Wachstum als auch Entwicklung an die Gegebenheiten anpassen
  • Haben kein Neuronales Netzwerk müssen aber trotzdem Signaltransduktion machen um zu reagieren

Phytohormone Bachelor

Zwei Konzepte der Funktion von Pfl. Hormonen

1.) Auch in Tieren anwendbar

  • Biosynthes an bestimmten Ort im Organsimus
  • Transport
  • Am Ort der Bestimmung findet die Hormonwirkung statt
  • Inaktivierung


2.)

  • Auf ein Umweltsignal wird Reagiert (Trockenstress ect)
  • Änderung der Biosynthese oder Änderung der Sensitivität (Kann an jedem Ort passieren -> Kompetenz des Gewebes/Zell)
  • Hormon Wirkung
  • Inaktivierung 

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Konzept der Hormone Tiere vs pflanzen

Tiere:

  • Kleine chemische Botenstoffe die von Zellen  sezerniert werden (meist in anderem Körperteil)
  • In sehr geringen Konz. wirksam
  • Synthese oft in speziellen Geweben(Drüßen)
  • Ausschüttung durch ZNS gesteuert
  • Transport über Blutkreislauf 


Pflanzen:

  • Keine Blutkreislauf
  • kein ZNS

Analoge Funktionen:

  • Regulieren Wachstum (Wachstums-Regulatoren=Hormone 
  • Regulieren Differenzierung
  • Kommunikation zwischen verschieden Zellen und Geweben 

Phytohormone Bachelor

Was ist mit Kompetenz Muster und wachstums-Regulator gemeint ?

Kompetenz Muster:

Eine Ziel-Zelle oder Ziel-Gewebe in einer Pflanze muss Kompetent sein um das Hormon auch wirklich zu erkennen. Das kann dadurch erfolgen das diese Zelle/Gewebe z.b den Rezeptor exprimiert. Das Kompetenz Muster kann sich im Laufe der Entwicklung einer Pflanze sich ändern kann 


Wachstums Regulator:

Die Konzentration des Regulators sollte in der Ziel Zelle/Gewebe  niedrig sein sonst wird es schwierig die Wirkung zu Kontrollieren 

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Pfl. Hormone Können mehrere Funktionen haben. wie wird das beeinflusst?

  •  versschieden Entwicklungsstadien/Gewebe
  • Binden an Rezeptoren ist äquivalent zu an/aus schalten
  • Hormone bestimmen nicht selbst was ihre Auswirkung ist sondern das Zielgewebe durch seine Kompetenz 

Phytohormone Bachelor

erläutere die Signalleitung bis zur Physiologischen Antwort

1.) Hormon und Rezeptor binden mit hoher Spezifität und Affinität 

2.) Nach Komplex Bildung: Signalleitung

3.) Physiologische Antwort (Charakteristisch für Hormon)

  • Änderung des Hormongehalts in Ziel Zelle/Gewebe
  • Änderung der Sensitivität gegenüber dem Hormon


Phytohormone Bachelor

Die unterschiedlichen Klassen von Hormon-Mutanten

1.) Hormon-defiziente Mutanten

  • Produzieren weniger Hormon
  • Inaktivierung von Enzyme der Biosynthese 
  • kann durch Exogene Zugabe gerettet werden 

2.) Hormon-Overproducing mutants

  • produzieren zu viele Hormon
  • gesteigerte Biosynthese
  • Störung im Abbau de Hormons


3.)Hormon-Insenitive Mutante

  • Normaler Hormon Gehalt 
  • Phenotypen ähnlich zur Hormon-defizienten Mutante (Zu wenig Hormon)
  • Kann nicht durch exogene Zugabe gerettet werden 

4.) Hormon-Hypersensitive-Mutanten 

  • Zeigen erhöhte physiologische Antwort bei normalem Hormon Gehalt
  • Konstitutive  Mutanten= Hormon Weg dauerhaft angeschaltet obwohl Hormon gar nicht vorhanden

Phytohormone Bachelor

Wie kann man in Pflanzen Mutanten Generieren ?

1.)Mutagenese 

  • Chemisch z.b EMS
  • Radioaktive Strahlung
  • T-DNA
  • Transposons
  • CRISPR/CAS (gezielt)


Danach:

2.) Screening

  • Analyse von Mutanten-Population auf den Phenotypen von Interesse 
  • z.b Aufzucht unter Atmosphäre mit erhöhtem Ethylen Gehalt um Mutanten zu finden die auf Ethylen nicht mehr reagieren 
  • Aus dem Screen selektieren und mit sich selbst bestäuben zur Erzeugung einer Mutanten Linie 

3.) Segregations Analyse 

  • Zurückkreuzung mit Wildtyp-> (F1)-Generation
  • Selbstbesteubung der F1-Generation-> F2-Generation
  • In der F2 wird dann der Phenotyp genau untersucht 
  • man erhält schon erste Hinweise auf den typus: Rezessiv: Wenn in dermF1 kein Phenotyp auftritt, F2 25% zeigen Phenotyp                            Dominant: F1 zeigen schon Phenotyp

4.) Physiologische Analysen 

  • z.b kann man die Pflanze durch exogene Zugabe retten?


5.) Lokalisation der Mutation

  • durch spezielle PCR Methoden
  • Map-based cloning 


Phytohormone Bachelor

Was ist in der Pflanzen Forschung sehr wichtig zur Aufklärung von Hormon Wirkung usw 

Forschungsansätze mit Mutanten und Transgenen Pflanzen

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Was sind die Limits der Mutanten Analyse?

Ein Knock-out kann partiell sein 

  • z.b Punktmutation im gen führt zu keiner drastischen Auswirkung, so das das Gen noch teilweise aktiv ist 


Knock-out eines sehr wichtigen Gens 

  • verursacht letalen Phenotyp
  • Wir werden keine Homozygote Mutanten Linie bekommen 


Redundante Funktion von Genen

  • z.B im Genom sind 4 verschiedene Formen des Gene
  • können sich untereinander ersetzten
  • um  Effekt zu sehne muss man alle 4 ausschalten


Mutationen können verschieden Entwicklungsstadien und Mechanismen betreffen 

  • z.B ein und das selbe Hormon kann im selben Gewebe zu verschieden Entwicklungsstadien unterschiedliche Auswirkungen haben 

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Aus welchen metabolischen Synthesewegen entstehen die Hormone 

Aus Aminosäuren:

  • Trypthophan = Auxin
  • Methionin= Ethylen
  • (Phenylalanin)= Salizylsäure


Terpenoid/Isoprenoid-Weg( Der Zentrale-Weg):

  • Cytokinine
  • Brassinosteroide
  • Gibberlinsäure
  • Abscisinsäure 
  • Strigolaktone


Lipidstoffwechsel:

  • Jasmonsäure 

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