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生長素在哪個胞器合成?

2018-12-19科學

生長素的主要合成部位是 根尖和莖尖 ,也有特殊條件下的局部合成。IAA 的合成方式可以分為 色胺酸(Trp)依賴的合成途徑 非色胺酸依賴的合成途徑 。 IAA 在植物細胞中主要存在於 細胞質及葉綠體 。盡管色胺酸的生物合成發生在葉綠體,生長素合成的中間產物只存在於細胞質, 在細胞質中完成 IAA 的從頭合成。

生長素在生長旺盛的區域合成,合成後透過擴散、極性運輸等方式被分配到植物的各組織器官發揮調節作用。傳統的觀點認為,生長素的生物合成主要發生在幼嫩組織,如根尖和莖尖頂端分生組織,被稱為 頂端生長素合成 (apical auxin biosynthesis)。

燕麥幼苗的激素測定結果顯示,生長素合成的主要部位在根尖和莖尖

近來的研究發現,在特定環境條件或發育訊號誘導下,植物所有的組織或器官都能快速、有效地合成生長素,以響應環境或調控器官生長。這種由環境訊號或內源發育訊號特異性誘導的特定部位生長素合成被稱為 局部生長素合成 (local auxin biosynthesis)。

生長素的主要合成部位是根尖和莖尖,合成後透過PIN蛋白的極性定位,進行極性運輸

生長素的合成可以分為 色胺酸依賴的合成途徑 非色胺酸依賴的合成途徑。

IAA 的合成途徑

依據 IAA 合成的中間產物不同,依賴色胺酸的生物合成過程通常又劃分成4條支路:吲哚乙醛肟途徑、吲哚丙酮酸途徑、色胺途徑和吲哚乙醯胺途徑。

INS和TSA 包含保守的色胺酸合成酶a亞基,功能分化源於其不同的亞細胞。TSA含有葉綠體轉運肽(cTP)結構域,定位於葉綠體,而INS缺乏cTP結構域,定位於穩定基因改造植物原生質體的胞質溶膠中

目前已經明確的是, 阿拉伯芥中色胺酸(Trp)的生物合成發生在葉綠體 ,其中TSA和TSB 形成一個復合物,並將IGP轉化為Trp。然而,在非色胺酸依賴的合成途徑中, INS可能調動吲哚在胞質生成,並且啟動非色胺酸依賴的合成途徑 。這兩種途徑共同調控阿拉伯芥的胚胎發生和頂端發育。

煙草細胞中大約三分之一的 IAA 存在於葉綠體中,其他的 IAA 都存在於細胞質中,且生長素合成的中間產物只存在於細胞質中。 細胞質中, IAA 發生從頭的生物合成,與結合物軛合及發生非脫羧降解反應等。 葉綠體中,生長素受到保護,可以不受代謝的影響,其濃度受胞質中 IAA 濃度的平衡調節。

補充資料:

逆境條件下,植物局部生長素合成的可能調控機制。實線表示生長素合成途徑,虛線表示調控機制
生長素調控下遊基因的「解除抑制」模型。生長素透過對下遊基因的調控啟動核內訊號事件,實作相應的生理過程;生長素也啟動細胞質內的訊號途徑,引起一些非轉錄水平的改變,包括囊泡運輸、第二信使Ca 濃度以及一些蛋白活性、穩定性的變化等
生長素的極性運輸。生長素是一種弱酸,細胞壁呈酸性(PH=5.5),生長素在此狀態偏質子化,有親脂性,可經載體協同運輸或自由擴散進入細胞。細胞質呈中性(PH=7.5),進入細胞後弱酸形式的生長素解離產生質子和生長素陰離子,轉變成親水性質,較難自由透過細胞膜,由細胞膜上的離子載體輸出細胞。
輸出載體在細胞膜上極性分布,從而實作了生長素的運輸的極性。定位於內質網的三個PIN成員負責生長素從細胞質向內質網的運輸,從而調節細胞內的生長素濃度。也有線索表明PIN5可能介導了生長素從細胞質透過內質網傳遞到核內,啟動生長素響應基因表現的過程,但對生長素穿過核膜的過程還不清楚。

參考文獻:


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