Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Các este axit axetic và axit yếu thấm qua màng kích thích sự loại proton chủ động và sự kéo dài của các đoạn coleoptile thông qua việc giảm pH trong chất tế bào
Tóm tắt
Trong các đoạn coleoptile của Avena, sự giảm pH trong chất tế bào kích hoạt việc đẩy H+ ra ngoài apoplast phụ thuộc vào năng lượng, từ đó kích thích sự phát triển kéo dài. Chuỗi sự kiện này không thể bị ức chế bởi cycloheximide và được kích thích bởi các điều kiện và hợp chất sau đây. (i) Một đợt điều trị yếm khí ngắn ở các đoạn coleoptile dẫn đến sự hình thành axit lactic và sự giảm pH trong tế bào. Trong khoảng thời gian 20 phút sau khi chuyển đến không khí bình thường, tốc độ phát triển cao gấp sáu lần so với trước khi yếm khí. (ii) Tương tự, việc nuôi cấy các đoạn với CN− (0.1 mM) có mặt oxy gây ra sự tích tụ axit lactic và sự giảm pH của dịch tế bào. Sau khi loại bỏ CN−, một đợt bùng nổ phát triển xảy ra. (iii) Nồng độ cao hơn của các axit thấm (≧10 mM trong đệm pH 5.8) kích thích sự phát triển kéo dài. Sự phát triển này phụ thuộc vào O2 và do đó khác với sự phát triển axit, có thể được kích hoạt trong điều kiện yếm khí bởi các đệm axit có pH≦5 thông qua việc làm tăng tính dẻo của thành tế bào một cách trực tiếp. (iv) Việc ứng dụng ngắn gọn đệm bão hòa CO2 (pH 5.8) gây ra sự kéo dài phát triển do CO2; sau một xung 3 phút, tốc độ phát triển tăng cường khoảng 15 phút. (v) Các este lipophilic của axit axetic hoặc axit propionic, chẳng hạn như naphthylacetate, naphthylpropionate, phenylacetate, benzylacetate kích thích sự phát triển kéo dài. Những hợp chất này, khi được hấp thu vào tế bào, sẽ bị thủy phân bởi các esterase; các axit giải phóng ra sẽ làm giảm pH trong chất tế bào (được chỉ ra bằng chỉ thị pH, fluorescein). Hoạt động esterase cao nhất được tìm thấy trong một phân đoạn màng microsomal của các coleoptile. Trong khi sự phát triển kéo dài do carboxyester gây ra bị ức chế hoàn toàn trong điều kiện thiếu oxy, sự axit hóa ban đầu của dung dịch tắm vẫn có thể được quan sát. Sự giảm pH bên ngoài rõ ràng là kết quả của thủy phân este, do các tế bào bị tổn thương gây ra, và không phải là kết quả của sự thay đổi pH bên trong khoang thành tế bào. Được đề xuất rằng việc hấp thụ nhanh chóng các carboxyesters và sự chuyển dịch cân bằng do thủy phân bên trong của chúng dẫn đến sự hình thành liên tục các axit làm giảm pH trong chất tế bào và kích hoạt sự đẩy H+ phụ thuộc vào ATP. Trong hầu hết các thí nghiệm, fusicoccin (một este axit diacetic) hoạt động tương tự như naphthylacetate và các carboxyester khác, mặc dù có sự khác biệt về định lượng. Do đó, có thể fusicoccin có hiệu quả một phần dựa trên đặc điểm este của nó. Các hiệu ứng quan sát được được thảo luận liên quan đến độ pH tối ưu rất hẹp của H+-ATPase màng plasma, cho thấy mức độ hoạt động cao nhất tại pH 6.5 (Hager và Biber 1984, Z. Naturforsch. C 39, 927–937).
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Ballio, A., Bottalico, A., Framondino, M., Graniti, A., Randazzo, G. (1973) Phytotoxicity of minor metabolites of Fusicoccum amygdali Del. and related products. Phytopathol. Mediterr. 12, 22–29
Ballio, A., Michelis, M.I. De, Lado, P., Randazzo, G. (1981) Fusicoccin structure-activity relationships: Stimulation of growth by cell enlargement and promotion of seed germination. Physiol. Plant. 52, 471–475
Bates, G.W., Cleland, R.E. (1979) Protein synthesis and auxin-induced growth: inhibitor studies. Planta 145, 437–442
Bates, G.W., Goldsmith, M.H.M. (1983) Rapid response of the plasma-membrane potential in oat coleoptiles to auxin and other weak acids. Planta 159, 231–237
Beffagna, N., Cocucci, S., Marré, E. (1977) Stimulating effect of fusicoccin on K+-activated ATPase in plasmalemma preparations from higher plant tissues. Plant Sci. Lett. 8, 91–98
Beffagna, N., Pesci, P., Tognoli, L., Marrè, E. (1979) Distribution of fusicoccin bound in vivo among subcellular fractions from maize coleoptiles. Plant Sci. Lett. 15, 323–330.
Bennet, A.B., O'Neill, S.D., Spanswick, R.M. (1984) H+-ATPase activity from storage tissue of Beta vulgaris. I. Identification and characterization of an anion-sensitive H+-ATPase. Plant Physiol. 74, 538–544
Bergmeyer, H.U. (1970) Methoden der enzymatischen Analyse. Verlag Chemie, Weinheim
Boehringer, Manheim (1979) Methoden der enzymatischen Lebensmittelanalytik. Boehringer, Mannheim
Brummer, B., Parish, R.W. (1983) Mechanism of auxin-induced plant cell elongation. FEBS Lett. 161, 8–12
Cleland, R.E. (1971a) Cell wall extension. Annu. Rev. Plant Physiol. 22, 197–222
Cleland, R.E. (1971b) Instability of the growth-limiting proteins of Avena coleoptile and their pool size in relation to auxin. Planta 99, 1–11
Cleland, R.E., Prins, H.B.A., Harper, JR., Higinbotham, N. (1977) Rapid hormone-induced hyperpolarization of the oat coleoptile transmembrane potential. Plant Physiol. 59, 395–397
Cleland, R.E., Rayle, D. (1978) Auxine, H+-excretion and cell elongation. Bot. Mag., Special issue 1, 125–139
Cocucci, M.C., Dalla Rosa, S. (1980) Effects of canavanine on IAA- and fusicoccin-stimulated cell enlargement, proton extrusion and potassium uptake in maize coleoptiles. Physiol. Plant. 48, 239–242
Colombo, R., Bonetti, A., Cerana, R., Lado, P. (1981) Effect of plasmalemma ATPase inhibitors, diethylstilbestrol and orthovanadate, on fusicoccin-induced H+ extrusion in maize roots. Plant Sci. Lett. 21, 305–315
Darmency, H., Gasquez, J. (1983) Esterase polymorphism and growth form differentiation in Poa annua L. New Phytol. 95, 289–297
Davis, D.D. (1979) The central role of phosphoenolpyruvate in plant metabolism. Annu. Rev. Plant Physiol. 30, 131–158
Dieter, P., Marmé, D. (1980) Ca2+ transport in mitochondrial and microsomal fractions from higher plants. Planta 150, 1–8
Dohrmann, U., Hertel, R., Pesci, P., Cocucci, S., Marrè, E. (1979) Localization of in vitro binding of the fungal toxin fusicoccin to plasma-membrane-binding rich fractions from corn coleoptiles. Plant Sci. Lett. 9, 291–299
Duhaime, D.E., Bown, A.W. (1983) Stimulation of H+-efflux and inhibition of photosynthesis by esters of carboxylic acids. Plant Physiol. 73, 828–833
Dupont, I.M., Bennet, A.B., Spanswick, R.M. (1982) Localization of a proton-translocating ATPase on sucrose gradients. Plant Physiol. 70, 1115–1119
Engemann, J., Bown, A.W. (1981) Regulation of dark CO2 fixation in Avena coleoptile sections by α-naphthylacetate and ammonia. Plant Sci. Lett. 21, 263–268
Evans, M.L., Ray, P.M., Reinhold, L. (1971) Induction of coleoptile elongation by carbon dioxide. Plant Physiol. 47, 335–341
Gaham, P.B., McLean, J. (1969) Subcellular localization and possible functions of β-glycerophosphatase and naphthol esterases in plant cells. Planta 89, 126–135
Gross, J. (1982) Oxalate-enhanced active calcium uptake in membrane fractions from Zucchini squash. In: Plasmalemma and tonoplast: Their functions in the plant cell, pp. 369–376, Marmé, D., Marrè, E., Hertel, R. eds. Elsevier Biomedical Press, Amsterdam
Gross, J., Marmé, D. (1978) ATP-dependent Ca2+ uptake into plant membrane vesicles. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 75, 1232–1236
Hager, A. (1980) Avena coleoptile segments: hyperelongation growth alter anaerobic treatment. Z. naturforsch. C 35, 794–804
Hager, A., Biber, W. (1984) Functional and regulatory properties of H+ pumps at the tonoplast and plasma membranes of Zea mays coleoptiles. Z. Naturforsch. C 39, 927–937
Hager, A., Frenzel, R., Laible, D. (1980) ATP-dependent proton transport into vesicles of microsomal membranes of Zea mays coleoptiles. Z. Naturforsch. C 35, 783–793
Hager, A., Helmle, M. (1981) Properties of an ATP-fueled, Cl−-dependent proton pump localized in membranes of microsomal vesicles from maize coleoptiles. Z. Naturforsch. C 36, 997–1008
Hager, A., Menzel, H., Krauss, A. (1971) Versuch und Hypothese zur Primärwirkung des Auxins beim Streckungswachstum. Planta 100, 47–75
Katou, K., Ichino, K. (1982) Effects of carbon dioxide on the spatially separate electrogenic ion pumps and the growth rate in the hypocotyl of Vigna sesquipedalis. Planta 155, 486–492
Lado, P., Rasi-Caldogno, F., Colombo, R. (1977) Effect of cycloheximide on IAA- or FC-induced cell enlargement in pea internode segments. Plant Sci Lett. 9, 93–101
Marin, B. (1983) Evidence for an electrogenic adenosine-triphosphatase in Hevea tonoplast vesicles. Planta 157, 324–330
Marmé, D (1982) The role of Ca2+ and calmodulin in plants. Whats New in Plant Physiol. 13, 37–40
Marrè, E. (1977) Effects of fusicoccin and hormones on plant cell membrane activities: observation and hypotheses. In: Regulation of cell membrane activities in plants, pp. 185–202, Marrè, E., Ciferri, O., eds. Elsevier/North Holland Biomedical Press, Amsterdam
Marrè, E. (1986) Fusicoccin: mechanism of action on electrogenic H+ extrusion. In: Plant membrane transport. Current conceptual issues, pp. 227–240, Spanswick, R.M., Lucas, W.J., Dainty, J., eds. Elsevier North Holland Biochem. Press, Amsterdam
Marrè, M.T., Romani, G., Marrè, E. (1983) Transmembrane hyperpolarization and increase of K+-uptake in maize roots treated with permanent weak acids. Plant Cell Environ. 6, 617–623
Mizuno, A., Katou, K., Okamoto, H. (1980) Structure and function of the elongation sink in the stems of higher plants I. Effect of anoxia and IAA on the growth rate and the spatially seperate electrogenic ion pumps. Plant Cell Physiol. 21, 395–403
Nelles, A. (1977) Short-term effects of plant hormones on membrane potential and membrane permeability of dwarf maize coleoptile cells (Zea Mays L. d1) in comparison with growth response. Planta 137, 293–298
O'Neill, S.D., Bennet, A.B., Spanswick, R.M. (1983) Characterization of a NO −3 -sensitive H+-ATPase from corn roots. Plant Physiol. 72, 837–846
Pesci, P., Tognoli, L., Beffagna, N., Marrè, E. (1979) Solubilisation and partial purification of a fusicoccin-receptor complex from maize microsomes. Plant Sci. Lett. 15, 313–322
Radice, M., Scacchi, A., Pesci, P., Beffagna, N., Marrè, M.T. (1981) Comparative analysis of the effects of fusicoccin (FC) and of its derivative dideacethylfusicoccin (DAF) on maize leaves and roots. Physiol. Plant. 51, 215–221
Rasi-Caldogno, F., Cerana, R., Pugliarello, M.C. (1978) Effects of anaerobiosis on auxin- and fusicoccin-induced growth and ion transport. Experientia 34, 841–842
Roberts, J.K.M., Ray, P.M., Wade-Jardetzky, N., Jardetzky, O. (1981) Extent of intracellular pH changes during H+ extrusion by maize root-tip cells. Planta 152, 74–78
Roberts, J.K.M., Wemmer, D., Ray, P.M., Jardetzky, O. (1982) Regulation of cytoplasmic and vacuolar pH in maize root tips under different experimental conditions. Plant Physiol. 69, 1344–1347
Sakurai, N., Masuda, Y. (1979) Effect of cycloheximide and cordycepin on auxin-induced elongation and β-glucan degradation of noncellulosic polysaccharides of Avena coleptile cell wall. Plant Cell Physiol. 20, 593–603
Sanders, D., Hansen, U.-P., Slayman, C.L. (1981) Role of the plasma membrane proton pump in pH regulation in nonanimal cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 78, 5903–5907
Scherer, G.F.E. (1984) Subcellular localization of H+-ATPase from pumpkin hypocotyls (Cucurbita maxima L.) by membrane fractionation. Planta 160, 348–356
Slawik, J. (1982) Intracellular pH of yeast cells measured with fluorescent probes. FEBS Lett. 140, 22–26
Slawik, J. (1983) Intracellular pH topography: determination by a fluorescent probe. FEBS Lett. 156, 227–230
Spanswick, R.M., Miller, A.G. (1977) The effect of CO2 on the Cl-influx and electrogenic pump in Nitella translucens. Colloq. CNRS 258, 239–245
Spring, O., Hager, A. (1982) Inhibition of elongation growth by two sesquiterpene lactones isolated from Helianthus annuus L. Planta 156, 433–440
Stout, R.G., Cleland, R.E. (1980) Partial characterization of fusicoccin binding to receptor sites on oat root membranes. Plant Physiol. 66, 353–359
Stout, R.G., Cleland, R.E. (1982) Evidence for a Cl−-stimulated Mg ATPase proton pump in oat root membranes. Plant Physiol. 69, 798–803
Symeonidis, L., Tsekos, J. (1984) Electrophoretic variation in esterases, peroxidases and acid phosphatases in some native Greek taxa of the genera Hordeum and Taeniatherum. Ann. Bot. 53, 383–397
Sze, H. (1982) Characterization of nigericin-stimulated ATPase from sealed microsomal vesicles of tobacco callus. Plant Physiol. 70, 498–505
Sze, H. (1983) Proton-pumping adenosine triphosphatase in membrane vesicles of tobacco callus. Sensitivity to vanadata and K+. Biochim. Biophys. Acta 732, 586–594
Vanderhoeff, K.N., Stahl, C.A., Shen Lu, T.Y. (1976) Two elongation responses to auxin respond differently to protein synthesis inhibition. Plant Physiol. 58, 402–404
Vesper, M.J., Evans, M.L. (1979) Non-hormonal induction of H+-efflux from plant tissues and its correlation with growth. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 76, 6366–6370
Werdan, K., Heldt, H.W., Milovancev, M. (1975) The role of pH in the regulation of carbon fixation in the chloroplast stroma. Studies on CO2 fixation in the light and in the dark. Biochim. Biophys. Acta 392, 276–292
Yamamoto, R., Nagano, M., Masuda, Y. (1973) A kinetic study of the auxin-induced elongation of Avena coleoptile segments. Plant Cell Physiol. 14, 397–408
Zocchi, G., Hanson, J.B. (1983) Calcium transport and ATPase activity in a microsomal vesicle fraction from corn roots. Plant Cell Environ. 6, 203–209