A brasszinoszteroidok szerepének vizsgálata a növényi szervek morfogenezisének szabályozásában = The regulatory role of brassinosteroids in the morphogenic determination of plant organs

摘要

A brasszinoszteroidok (BR-ok) növényi szteroid hormonok, amelyek fontos szerepet játszanak az egyedfejlődési és reproduktív funkciók szabályozásában. Munkánk célja olyan tényezők azonosítása volt, amelyek a sejtek szenzitizálása, ill. a hormon felhalmozása révén befolyásolhatják a BR válaszreakciókat. Kimutattuk, hogy a feltételezett egyenletes kifejeződéssel szemben a BR receptort kódoló BRI1 gén differenciált szerv- és fejlődés-specifikus expressziót mutat. BRI1 promóter-riporter fúziókat hordozó transzgenikus Arabidopsis vonalainkban a fokozott hormonérzékenység szoros korrelációt mutatott a receptor erős kifejeződésével, jelezve a receptor sűrűség és a válaszreakció kialakulása közti kapcsolatot. Másrészt meghatároztuk az aktív BR formák korábban ismeretlen szintjét az Arabidopsis egyes szerveiben, igazolva, hogy a hormon felhalmozódás mértékét jórészt a bioszintetikus gének transzkripciós szintű szabályozása határozza meg. A sebesség-meghatározó CPD/CYP90A1 enzimről episztázis analízissel kimutattuk, hogy az a szintézis hatékonyságát közvetlenül a BR szintézis első reakcióját követően kontrollálja. Az anyagcsereút utolsó, még tisztázatlan enzim funkcióját karakterizálva meghatároztuk, hogy a CPD/CYP90A1 a szteroid váz C-3 pozíciójának oxidációjáért felelős. Ezzel egyúttal kísérletes bizonyítékot szolgáltattunk egy új, a korábban ismertnél hatékonyabb BR szintézisút in vivo jelentőségére. | Brassinosteroids (BRs) are steroidal plant hormones controlling morphogenesis and reproductive development. The aim of our project was to elucidate basic mechanisms that influence BR responses by modulating cellular susceptibility or accumulation of the biologically active hormone. We demonstrated that, in contrast to an earlier concept of ubiquitous expression, the BRI1 gene encoding the BR receptor shows differential organ-specific and developmental activity. Our BRI1 promoter-reporter constructs revealed that in Arabidopsis elevated BRI1 expression coincides with increased BR responsiveness, suggesting an important role for receptor abundance in the initiation of BR signaling. In a different approach we determined the hitherto unknown distribution of active BRs in the various organs of Arabidopsis, and provided evidence that the transcriptional control of BR biosynthetic genes efficiently regulates hormone accumulation. We have shown that CPD/CYP90A1 is a key enzyme of BR biosynthesis and, using epistasis analysis, we demonstrated that it controls intermediate flow immediately downstream of the first committed step of the BR pathway. Characterizing the last unknown enzyme function in the BR pathway, we clarified by in vitro enzyme assays that CPD/CYP90A catalyzes the C-3 oxidation of early BR intermediates. Based on this result we proposed an enzymologically well supported novel BR biosynthetic pathway.