Rola jasmonianów w regulacji rozwoju generatywnego

• Authors: Emilia Wilmowicz , Agata Kućko , Magdalena Sidłowska , Kamil Frankowski , Beata Maciejewska , Paulina Glazińska , Jan Kopcewicz

Title variants

EN

The role of jasmonates in the regulation of generative development in plants.

• Languages of publication: PL EN

Abstracts

PL

Jasmoniany są fitohormonami warunkującymi prawidłowy przebieg poszczególnych faz rozwojowych rośliny. Prekursorem jasmonianów jest kwas α-linolenowy, a ich biosynteza zachodzi w trzech strukturach subkomórkowych: chloroplastach, peroksysomach i cytozolu. Niniejsza praca podsumowuje najnowsze osiągnięcia dotyczące udziału jasmonianów w reprodukcji roślin. U większości gatunków roślin jasmoniany hamują kwitnienie. Jednakże, badania prowadzone na rzepaku wskazują, że rola tych związków w indukcji generatywnej nie jest jednoznaczna, gdyż, w pewnych warunkach, mogą one także przyspieszać tworzenie kwiatów. Jasmoniany pełnią również istotną rolę w prawidłowym formowaniu płonnych i płodnych części kwiatu, a także w otwieraniu pąków kwiatowych. Ponadto, kwas jasmonowy (JA) powstający w nitce pręcika synchronizuje dojrzewanie ziaren pyłku z otwieraniem pylników i kwiatów. Na podstawie analizy wzorca ekspresji genu DAD1, kodującego enzym zaangażowany w powstawanie jasmonianów, utworzono model regulacji transportu wody do pręcików i płatków korony przez JA. Dodatkowo, zaobserwowano, że jedna z bioaktywnych form kwasu jasmonowego, koniugat z aminokwasem izoleucyną ( JA-Ile), pełni rolę cząsteczki pośredniczącej w regulowanej przez światło sekrecji nektaru. JA-Ile wzmaga wydzielanie nektaru u roślin uprawianych na świetle i nie powoduje jej obniżenia u roślin uprawianych w ciemności. Z ahamowanie biosyntezy JA- Ile na świetle zmniejsza sekrecję nektaru, a efekt ten można odwrócić przez aplikację JA-Ile.

EN

Jasmonates are phytohormones conditioning proper functioning of separate plant development stages. Jasmonates precursor is α-linolenic acid. Their biosynthesis occurs in three subcellular structures: chloroplasts, peroxisomes and cytosol. This paper summarizes the most recent achievements on participation of jasmonates in the field of reproduction of plants. Jasmonates hinder florescence among the most species of plants. However, researches carried out over rape indicate that the role of these compounds in generative induction is not explicit, i.e. they may speed up the growth of flowers in certain circumstances. Jasmonates are also very important in a process of proper formation of sterile and fertile parts of flower, as well as in opening flower buds. Furthermore, jasmonic acid (JA) nascent in a thread rod synchronizes maturation of pollen grains with the process of opening anthers and flowers. On the basis of gene expression pattern DAD1 analysis (the one that encodes an enzyme involved in the first stage of jasmonates formation), there was created a model of water transport regulation by JA to the stamens and petals of the crown. In addition, it was observed that one of the bioactive forms of jasmonic acid (JA-Ile) acts as an intermediary molecule in the secretion of nectar, regulated by the light. JA-Ile increases in the secretion of nectar in plants cultivated in the light and does not cause its decrease in plants cultivated in the dark. Inhibition of the JA-Ile biosynthesis in the light reduces the secretion of nectar. This result can be inverted by the application of JA-Ile.

• Journal: Kosmos
• Year: 2012
• Volume: 61
• Issue: 4
• Pages: 603-612

Dates

published

2012

Contributors

author

Emilia Wilmowicz

• Uniwersytet Mikołaja Kopernika Wydział Biologii i Nauk o Ziemi Katedra Fizjologii Roślin i Biotechnologii Gagarina 9, 87-100 Toruń, Polska

author

Agata Kućko

• Uniwersytet Mikołaja Kopernika Wydział Biologii i Nauk o Ziemi Katedra Fizjologii Roślin i Biotechnologii Gagarina 9, 87-100 Toruń, Polska

author

Magdalena Sidłowska

• Uniwersytet Mikołaja Kopernika Wydział Biologii i Nauk o Ziemi Katedra Fizjologii Roślin i Biotechnologii Gagarina 9, 87-100 Toruń, Polska

author

Kamil Frankowski

• Uniwersytet Mikołaja Kopernika Wydział Biologii i Nauk o Ziemi Katedra Fizjologii Roślin i Biotechnologii Gagarina 9, 87-100 Toruń, Polska

author

Beata Maciejewska

• Uniwersytet Mikołaja Kopernika Wydział Biologii i Nauk o Ziemi Katedra Fizjologii Roślin i Biotechnologii Gagarina 9, 87-100 Toruń, Polska

author

Paulina Glazińska

• Uniwersytet Mikołaja Kopernika Wydział Biologii i Nauk o Ziemi Katedra Fizjologii Roślin i Biotechnologii Gagarina 9, 87-100 Toruń, Polska

author

Jan Kopcewicz

• Uniwersytet Mikołaja Kopernika Wydział Biologii i Nauk o Ziemi Katedra Fizjologii Roślin i Biotechnologii Gagarina 9, 87-100 Toruń, Polska

References

• Acosta I. F., Farmer E. E., 2010. Jasmonates. The Arabidopsis book. Am. Soc. Plant Biol. doi/10.1199/tab.0129.
• Acosta I. F., Laparra H., Romero S. P., Schmelz E., Hamberg M., Mottinger J. P., Moreno M. A., Dellaporta S. L., 2009. tasselseed1 is a lipoxygenase affecting jasmonic acid signaling in sex determination of maize. Science 323, 262-265.
• Avanci N. C., Luche D. D., Goldman G. H., Goldman N. H., 2010. Jasmonates are phytohormones with multiple functions, including plant defense and reproduction. Genet. Mol. Res. 9, 484-505.
• Browse J., 2009. Jasmonate: preventing the maize tassel from getting in touch with his feminine side. Sci. Signal. 2, e9.
• Cheng H., Song S., Xiao L., Soo H. M., Cheng Z., Xie D., Peng J., 2009. Gibberellin acts through jasmonate to control the expression of MYB21, MYB24, and MYB57 to promote stamen filament growth in Arabidopsis. PLoS Genet. 5, e1000440.
• Chini A., Boter M., Solano R., 2009. Plant oxylipins: COI1/JAZs/MYC2 as the core jasmonic acid-signalling module. FEBS J. 276, 4682-4692.
• Chung H. S., Koo A. J., Gao X., Jayanty S., Thines B., Jones A. D., Howe G. A., 2008. Regulation and function of Arabidopsis JASMONATE ZIM-domain genes in response to wounding and herbivory. Plant Physiol. 146, 952-964.
• Ellinger D., Stingl N., Kubigsteltig I. I., Bals T., Juenger M., Pollmann S., Berger S., Schuenemann D., Mueller M. J., 2010. DONGLE and DEFECTIVE IN ANTHER DEHISCENCE1 lipases are not essential for wound- and pathogen-induced jasmonate biosynthesis: redundant lipases contribute to jasmonate formation. Plant Physiol. 153, 114-127.
• Flors V., Ton J., Van Doorn R., Jakab G., García-Augustín P., Mauch-Mani B., 2008. Interplay between JA, SA and ABA signaling during basal and induced resistance against Pseudomonas syringe and Alternaria brassicicola. Plant J. 54, 81-92.
• Fonseca S., Chini A., Hamberg M., Adie B., Porzel A., Kramell R., Miersch O., Wasternack O., Solano R., 2009. (+)-7-iso-Jasmonoyl-L-isoleucine is the endogenous bioactive jasmonate. Nat. Chem. Biol. 5, 344-350.
• Frankowski K., Kęsy J., Wojciechowski W., Kopcewicz J., 2009a. Light- and IAA regulated ACC synthase gene (PnACS) from Pharbitis nil and its possible role in IAA-mediated flower inhibition. J. Plant Physiol. 166, 192-202.
• Frankowski K., Świeżawska B., Wilmowicz E., Kęsy J., Kopcewicz J., 2009b. Szlak sygnałowy kwasu jasmonowego - nowe informacje. Post. Bioch. 55, 337-341.
• Glazińska P., Bracha J., Wilmowicz E., Kopcewicz J., 2011. Udział mikro RNA w rozwoju generatywnym roślin. Kosmos 60, 141-152.
• Gorguet B., Schipper D., Van Lammeren A., Visser R. G., Van Heusden A. W., 2009. PS-2, the gene responsible for functional sterility in tomato, due to non-dehiscent anthers, is the result of a mutation in a novel polygalacturonase gene. Theor. App. Genet. 118, 1199-1209.
• Ishiguro S., Kwai-Oda A., Ueda J., Nishida I., Okada K., 2001. The DEFECTIVE IN ANTHER DEHISCENCE1 gene encodes a novel phospholipase A1 catalyzing the initial step of jasmonic acid biosynthesis, which synchronizes pollen maturation. Plant Cell 13, 2191-2209.
• Kazan K., Manners J. M., 2008. Jasmonate signaling: toward an integrated view. Plant Physiol. 146, 1459-1468.
• Kęsy J., Maciejewska B., Sowa M., Szumilak M., Kawałowski K., Borzuchowska M., Kopcewicz J., 2008. Ethylene and IAA interactions in the inhibition of photoperiodic flower induction of Pharbitis nil. Plant Growth Regul. 55, 43-50.
• Kęsy J., Frankowski K., Wilmowicz E., Glazińska P., Wojciechowski W., Kopcewicz J., 2010. The possible role of PnACS2 in IAA-mediated flower inhibition in Pharbitis nil. Plant Growth. Regul. 61, 1-10.
• Kęsy J., Wilmowicz E., Maciejewska B., Frankowski K., Glazińska P., Kopcewicz J., 2011. Independent effects of jasmonates and ethylene on inhibition of Pharbitis nil flowering. Acta. Physiol. Plant 33, 1211-1216.
• Kim S. G., Lee S., Kim Y. S., Yun D. J., Woo J. C., Park C. M., 2010. Activation tagging of an Arabidopsis SHI-RELATED SEQUENCE gene produces abnormal anther dehiscence and floral development. Plant Mol. Biol. 74, 337-351.
• Kopcewicz J., 2009. Generatywny okres rozwoju. [W:] Fizjologia roślin. Lewak S., Kopcewicz J. (red.). Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 157-160.
• Li L., Zhao Y., Mccaig B. C., Wingerd B. A., Wang J., Whalon M. E., Pichersky E., Howe G. A., 2004. The tomato homolog of CORONATINE-INSENSITIVE1 is required for the maternal control of seed maturation, jasmonate-signaled defense responses, and glandular trichome development. Plant Cell. 16, 126-143.
• Marciniak K., Turowski T., Wilmowicz E., Frankowski K., Kęsy J., Kopcewicz J., 2010. Ligazy ubikwitynowo-białkowe w szlakach sygnałowych auksyn, jasmonianów i giberelin. Post. Biol. Kom. 37, 137-151.
• McConn M., Browse J., 1996. The critical requirement for linolenic acid is pollen development, not photosynthesis, in an Arabidopsis mutant. Plant Cell 8, 403-416.
• Murase K., Hirano Y., Sun T. P., Hakoshima T., 2008. Gibberellin induced DELLA recognition by the gibberellin receptor GID1. Nature 456, 459-463.
• Mutasa-Göttgens E., Hedden P., 2009. Gibberellin as a factor in floral regulatory networks. J. Exp. Bot. 60, 1979-1989.
• Ogawa M., Kay P., Wilson S., Swain S.M., 2009. ARABIDOPSIS DEHISCENCE ZONE POLYGALACTURONASE1 (ADPG1), ADPG2, and QUARTET2 are polygalacturonases required for cell separation during reproductive development in Arabidopsis. Plant Cell 21, 216-233.
• Pak H., Guo Y., Chen M., Chen K., Li Y., Hua S., Shamsi I., Meng H., Shi C., Jiang L., 2009. The effect of exogenous methyl jasmonate on the flowering time, floral organ morphology, and transcript levels of a group of genes implicated in the development of oilseed rape flowers (Brassica napus L.). Planta 231, 79-91.
• Radhika V., Kost C., Boland W., Heil M., 2010. The Role of jasmonates in floral nectar secretion. PLoS ONE 5: 9265. doi:10.1371/journal.pone.0009265.
• Ren D., Liu Y., Yang K.-Y., Han I., Mao G., Glazebrook J., Zhang S., 2008. A fungal-responsive MAPK cascade regulates phytoalexin biosynthesis in Arabidopsis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105, 5638-5643.
• Sanders P. M., Lee P. Y., Biesgen C., Boone J. D., Beals T. P., Weiler E. W., Goldberg R. B., 2000. The Arabidopsis DELAYED DEHISCENCE1 gene encodes an enzyme in the jasmonic acid synthesis pathway. Plant Cell 12, 1041-1061.
• Schaller A., Stintzi A., 2009. Enzymes in jasmonate biosynthesis - structure, function, regulation. Phytochem. 70, 1532-1538.
• Schommer C., Palatnik J. F., Aggarwal P., Chetelat A., Cubas P., Farmer E. E., Nath U., Weigel D., 2008. Control of jasmonate biosynthesis and senescence by miR319 targets. PLoS Biol. 6, e230.
• Shimada A., Ueguchi-Tanaka M., Nakatsu T., Nakajima M., Naoe Y., Ohmiya H., Kato H., Matsuoka M., 2008. Structural basis for gibberellin recognition by its receptor GID1. Nature 456, 520-523.
• Stintzi A., Browse J., 2000. The Arabidopsis male-sterile mutant, opr3, lacks the 12-oxophytodienoic acid reductase required for jasmonate synthesis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 10625-10630.
• Van Wilder V., Miecielica U., Degand H., Derua R., Waelkens E., Chaumont F., 2008. Maize plasma membrane aquaporins belonging to the PIP1 and PIP2 subgroups are in vivo phosphorylated. Plant Cell Physiol. 49, 1364-1377.
• Von Malek B., Van Der Graaff E., Schneitz K., Keller B., 2002. The Arabidopsis male-sterile mutant dde1-2 is defective in the ALLENE OXIDE SYNTHASE gene encoding one of the key enzymes of the jasmonic acid biosynthesis pathway. Planta 216, 187-192.
• Wasternack C., Kombrink E., 2010. Jasmonates: structural requirements for lipid-derived signals active in plant stress responses and development. ACS Chem. Biol. 5, 63-77.
• Wilmowicz E., Kęsy J., Kopcewicz J., 2008. Ethylene and ABA interactions in the regulation of flower induction in Pharbitis nil. J. Plant Physiol. 165, 1917-1928.
• Wilmowicz E., Frankowski K., Glazińska P., Kęsy J., Kopcewicz J., 2011a. Involvement of ABA in flower induction of Pharbitis nil. Acta Soc. Bot. Pol. 80, 21-26.
• Wilmowicz E., Frankowski K., Glazińska P., Kęsy J., Wojciechowski W., Kopcewicz J., 2011b. Cross talk between phytohormones in the regulation of flower induction in Pharbitis nil. Biol. Plant. 55, 757-760.
• Wilmowicz E., Frankowski K., Glazińska P., Sidłowska M., Marciniak K., Kopcewicz J., 2011c. Rola giberelin w regulacji kwitnienia roślin. Kosmos 60, 129-140.
• Wilmowicz E., Frankowski K., Sidłowska M., Kućko A., Kęsy J., Gąsiorowski A., Glazińska P., Kopcewicz J., 2012. Biosynteza jasmonianów u roślin - najnowsze odkrycia. Post. Bioch., 58, 26-33.
• Wilson Z.A., Song J., Taylor B., Yang C., 2011. The final split: the regulation of anther dehiscence. J. Exp. Botan. 62, 1633-1649.
• Yan J., Zhang C., Gu M., Bai Z., Zhang W., Qi T., Cheng Z., Peng W., Luo H., Nan F., Wang Z., Xie D., 2009. The Arabidopsis CORONATINE INSENSITIVE1 protein is a jasmonate receptor. Plant Cell 21, 2220-2236.
• Zhang Y.I., Turner J.G., 2008. Wound-induced endogenous jasmonates stunt plant growth by inhibiting mitosis. PLoS ONE 3:e3699. doi:10.1371/journal.pone.0003699.