EtilenoEtileno

La hormona gaseosaLa hormona gaseosa

Historia y Descripción

Descubrimiento

1901 Asociado a lámparas de combustible de carbón Senescencia y abscisión en hojas de árboles

1910 Naranjas inducen maduración de bananos (Etileno en plantas)1910-1958 Poco interés, auxina, gas, se demostraron efectos en plantas1959 Se logra medir por cromatografía de gas, retoma augeTransporte

Movimiento pasivoFacil difusiónSoluble en agua y lípidos

Características

Sitios de síntesis

Tejidos dañadosTejidos senescentesFrutos madurandoSe puede sintetizar en todos los órganosPlantas inferiores-cianobacterias-helechos-hongos

Roles biológicos

GerminaciónCrecimiento de plántulasSenescencia y abscisión de órganosRespuesta al estrésMaduracón de frutos (climatéricos y biosíntesis de etileno)

Biosíntesis de etilenoBiosíntesis de etileno

Metionina (MET)

S-adenosyl-metionina (SAM)

Acido 1-aminociclopropano-1-carboxilico (ACC)

Etileno

ACC sintetasa

ACC oxidasa

Transcriptional regulation

Yang’s cycle

BIOSINTESIS

Biosíntesis de etileno

Factores que afectan síntesis de Factores que afectan síntesis de etilenoetileno

PromotoresPromotores OxígenoOxígeno AuxinasAuxinas EtilenoEtileno Ac. AbscísicoAc. Abscísico Estrés Estrés

(sequía indundación frío, daños (sequía indundación frío, daños físicos o químicos)físicos o químicos)

CobreCobre Etapa de desarrolloEtapa de desarrollo

InhibidoresInhibidores Aminoetoxivinilglicina Aminoetoxivinilglicina

(AVG) inhibe ACCsint(AVG) inhibe ACCsint AuxinasAuxinas GiberelinasGiberelinas AnoxiaAnoxia Cobalto y Plata AgNO3Cobalto y Plata AgNO3

Inhiben acumul de EtInhiben acumul de Et Temperatura alta o Temperatura alta o

bajabaja Alta conc de CO2Alta conc de CO2

Interacción hormonalInteracción hormonal ACS son genes de ACC sintetasa en ArabidopsisACS son genes de ACC sintetasa en Arabidopsis ACS2 y 4 a 6 son regulados diferencialmente x factores biótcos y abióticosACS2 y 4 a 6 son regulados diferencialmente x factores biótcos y abióticos

ACS6 mRNA aumenta ante presencia de ozonoACS6 mRNA aumenta ante presencia de ozono ACS4 aumenta ante dosis bajas de ACS4 aumenta ante dosis bajas de CKCK ACS4 aumenta ante aplicación de ACS4 aumenta ante aplicación de auxinasauxinas ACS2 mRNA + hojas jóvenes y flores y tarde en formación de raícesACS2 mRNA + hojas jóvenes y flores y tarde en formación de raíces

Mutantes con respuesta reducida aMutantes con respuesta reducida a CK CK muestran Triple respuesta muestran Triple respuesta Inhibe creimietno de raizInhibe creimietno de raiz Aumenta crecimientoo radial del hipocotiloAumenta crecimientoo radial del hipocotilo Exagera formación del gancho apicalExagera formación del gancho apical

CIN5 no responde a CK y corresponde a mutación en ACS5CIN5 no responde a CK y corresponde a mutación en ACS5

Brassinosteroides afectan tasa de transcripción de ACSBrassinosteroides afectan tasa de transcripción de ACS Aux1, axr1 y eir1 (transportadores de auxina) tiene insensibilidad a etileno y Aux1, axr1 y eir1 (transportadores de auxina) tiene insensibilidad a etileno y

respuesta a auxinarespuesta a auxina Etileno-Ac. Etileno-Ac. Jasmónico: Jasmónico: involucrados en Respuesta Sistémica Inducidainvolucrados en Respuesta Sistémica Inducida

Interacción hormonalInteracción hormonalABA-EtilenoABA-Etileno

ABAABA efecto negativo en mutantes que sobreproducen etileno efecto negativo en mutantes que sobreproducen etileno ABA inhibe germinación y crec radical en plantas silvestres de ARBDABA inhibe germinación y crec radical en plantas silvestres de ARBD C2H4 no inhibe germinación pero sí crec radicalC2H4 no inhibe germinación pero sí crec radical EIN2- es hipersensitivo a ABA en ensayo de germinaciónEIN2- es hipersensitivo a ABA en ensayo de germinación CTR1- es resistente al ABA en el test de germinaciónCTR1- es resistente al ABA en el test de germinación

Indica que ABA induce síntesis de etileno o mayor sensibilidadIndica que ABA induce síntesis de etileno o mayor sensibilidad

Identificación de mutantes

ESTUDIO DE VIAS DE RESPUESTA AL ETILENO

BIOENSAYO: Triple respuesta en plántulas etioladas con etileno

• inhibe crecimiento radical

• engrosamiento radial del hipocótilo

•Formación del gancho apical exagerado

Muyespecíficaparaetileno

IDENTIFICACION DE MODO DE ACCIÓN

Tres tipos de mutantes:Insensibles al Etileno EINTejido específicoRespuesta constitutiva:

sobreproductores ETILENOrespuesta triple constitutiva CTR

Clonado y caracterización de genes involucrados

Receptores del EtilenoReceptores del Etileno

Receptor de membranaReceptor de membrana Similar a sistema de 2 componentes de Similar a sistema de 2 componentes de

bacteriasbacterias Proteina receptora con Histina kinasaProteina receptora con Histina kinasa Regulador de respuesta con motivo de reciboRegulador de respuesta con motivo de recibo

En ARBD hay 5 receptores:En ARBD hay 5 receptores: ETR1, ETR2, ERS1, ERS2y EIN4ETR1, ETR2, ERS1, ERS2y EIN4

Membrane spanning domainEthylene binding site through copper ion

Histidine kinase domain

Receiver domain

CTR1 interacting domain

GAF domain

GAF motivo ubicuo de transmisión de señales, une a cGMP

Putative signal peptide

ER localization

(tobacco homolog-PM localization)

•Receptores homo o heterodimerizan•ETR1 y ERS1 con HK y Cu binding•ETR1, ETR2 y EIN4 con Rec. Dom.•Mutaciones individuales no afectan el fenotipo plt redundancia (no completa)•Mutación múltiple induce TR lo que indica que función regulador negativo•Receptor requiere Cu•Combinación de receptores puede dar diversidad de respuesta

Vía de señalamientoVía de señalamiento

CTR1.CTR1. mutante es TR constitutiva mutante es TR constitutiva Naturaleza recesiva plt regulador negativoNaturaleza recesiva plt regulador negativo Es del tipo de MAK plt rol de P en Es del tipo de MAK plt rol de P en

señalamientoseñalamiento Evidencia in vitro señala que ETR1 y CTR1 Evidencia in vitro señala que ETR1 y CTR1

pueden interactuarpueden interactuar Expresado constitutivamenteExpresado constitutivamente EIN2 EIN2 mutante pierde respueta a Etileno plt mutante pierde respueta a Etileno plt

regulador positivoregulador positivo Codifica proteína de membranaCodifica proteína de membrana Se asociado a vias de traducción de auxinas, Se asociado a vias de traducción de auxinas,

citoquinina y ABA y reducida sensibilidad a citoquinina y ABA y reducida sensibilidad a bacterias (rol directo o x insensib. al etileno)bacterias (rol directo o x insensib. al etileno)

EIN3EIN3 sobre expresión causa sobre expresión causa hipersensibilidad: factor limitante en resp a hipersensibilidad: factor limitante en resp a etil.etil.

Expresión ubicua en la plantaExpresión ubicua en la planta ERF1ERF1, factor de transcripción, se une a , factor de transcripción, se une a

motiv GCC de genes inducidos por motiv GCC de genes inducidos por patógenos y por etilenopatógenos y por etileno

EIN3

EBS 1º responsive genes (>120)

?

2º responsive genesGCC

nucleus

EIN2

CTR1

ETR1

(~6 genes)

A model of the role of EIN5 in the ethylene signal transduction pathway

Olmedo G et al. PNAS 2006;103:13286-13293

©2006 by National Academy of Sciences

Bleeker y Kende,2000

Olmedo et al,2006

A model of the role of EIN5 in the ethylene signal transduction pathway. Ethylene (C2H4) is A model of the role of EIN5 in the ethylene signal transduction pathway. Ethylene (C2H4) is perceived by repressing the action of receptor complexes including ETR/ERS/EIN4 receptors, perceived by repressing the action of receptor complexes including ETR/ERS/EIN4 receptors, RTE1, and Raf-like protein kinase CTR1, which negatively regulates downstream signaling RTE1, and Raf-like protein kinase CTR1, which negatively regulates downstream signaling component EIN2. Upon ethylene treatment, EIN2 is derepressed and could thus transmit the component EIN2. Upon ethylene treatment, EIN2 is derepressed and could thus transmit the signal into the nucleus to activate a number of transcription factors, including EIN3 and EIL1. signal into the nucleus to activate a number of transcription factors, including EIN3 and EIL1. EIN3 directly binds to the regulatory elements of target genes and induces the expression of EIN3 directly binds to the regulatory elements of target genes and induces the expression of yet other transcription factors (i.e., ERFs and EDFs) that would ultimately regulate a series of yet other transcription factors (i.e., ERFs and EDFs) that would ultimately regulate a series of ethylene responses. In the absence of ethylene signal, a Skp1-Cullin1-F-box complex ethylene responses. In the absence of ethylene signal, a Skp1-Cullin1-F-box complex consisting of one of two F-box proteins, EBF1 and EBF2, targets EIN3 protein for consisting of one of two F-box proteins, EBF1 and EBF2, targets EIN3 protein for degradation via an ubiquitin/proteasome pathway. Interestingly, EBF1/EBF2 gene expression degradation via an ubiquitin/proteasome pathway. Interestingly, EBF1/EBF2 gene expression is induced by ethylene in an EIN3-dependent manner, which forms a negative feedback is induced by ethylene in an EIN3-dependent manner, which forms a negative feedback regulation on the EIN3 function. EIN5, a 5′→3′ exoribonuclease, is involved in facilitating the regulation on the EIN3 function. EIN5, a 5′→3′ exoribonuclease, is involved in facilitating the turnover of EBF1/EBF2 mRNA through a yet unknown mechanism. Therefore, EIN5 is turnover of EBF1/EBF2 mRNA through a yet unknown mechanism. Therefore, EIN5 is proposed to antagonize the negative feedback regulation on EIN3 by promoting EBF1 and proposed to antagonize the negative feedback regulation on EIN3 by promoting EBF1 and EBF2 mRNA decay, which consequently allows the accumulation of EIN3 protein to trigger EBF2 mRNA decay, which consequently allows the accumulation of EIN3 protein to trigger the ethylene response. Red arrows and blue bars represent positive and negative regulations, the ethylene response. Red arrows and blue bars represent positive and negative regulations, respectively. The dotted lines represent regulatory steps in which a direct physical link respectively. The dotted lines represent regulatory steps in which a direct physical link between upstream and downstream components has yet to be demonstrated.between upstream and downstream components has yet to be demonstrated.

EIN3- a mutigen family (5-6?) of transcription factors, targeting EBS in ERF1 (ethylene primary

responsive-AP2/EREBP-transcription factors)- acts as a homodimer (in vitro) to activate ERF1 transcription - ERF1 binds GCC box in ethylene 2nd responsive genes (e.g. PDF 1.2)- pre-existing TF, but not induced by ethylene; protein modification or accumulation is important

EIN2- Nramp family of 12 membrane spanning motif metal ion-transporter- functional positioning ??? – metal ion as a secondary messenger??? - C-terminal end (cytosolic portion) can complement the mutant (not all, but subset of ethylene responses)

etr1-1 in C2H4

C2H4air

Col-0 in C2H4

ctr1-1

ein2-1

ein3-1

Epistatic analysis between CER (ctr1-1) and ETR/EIN mutants – linear signaling pathway

Biochemistry of ethylene signal transduction• gene cloning – protein identity• protein ID based functional positioning in signaling pathway• manipulation of gene action in planta