The  growth  and  development  of  a  plant  are  influenced  by:      

• Gene:c  factors  • External  environmental  factors  • Chemical  hormones  inside  the  plant  

 Secondary  messengers        1.  Involve  in  the  transfer  informa:on  from  sources  to  

targets  

2.  Amplify  the  signal  produced  by  the  phytohormone        

 Phytohormones  

 

 Plant  hormones  are  organic  compounds  that  are  effec:ve  at  very  low  concentra:on      (1g  20,000  tons-­‐1)      They  interact  with  specific  target  :ssues  to  cause  physiological  responses  

• Growth  • Fruit  ripening  

 

 Phytohormones  

 

• Hormones  s:mulate  or  inhibit  plant  growth    Major  groups  of  hormones:    

1.  Auxins    2.  Gibberellins  3.  Ethylene  4.  Cytokinins  5.  Abscisic  acid  6.  Brassinostereoids  7.  Salicylic  acid  8.  Polyaminas  9.  Jasmonates  10. Systemin  11. Nitric  oxide  

 Phytohormones  

 

Arabidopsis  thaliana  

EARLY EXPERIMENTS ON PHOTROPISM SHOWED THAT A STIMULUS (LIGHT) RELEASED CHEMICALS THAT INFLUENCED GROWTH

 Phytohormones  

 

Auxin  causes  several  responses  in  plants:            *  Phototropism            *  Geotropism            *  Promo:on  of  apical  dominance            *  Flower  forma:on            *  Fruit  set  and  growth            *  Forma:on  of  adven::ous  roots            *    Differen:a:on  of  vascular  :ssues  (de  novo  or  repairing  existent  vascular  :ssue)                          

 Auxins  

 

Addi:on  of  auxins  produce  parthenocarpic  fruit.      Stenospermocarpy    Biological  mechanism  that  produces  seedlessness  in  some  fruits  (many  table  grapes,  watermelon)    

diploid  +  tetraploid  parent  =  triploid    seeds    vegeta6ve  parthenocarpy  Plants  that  do  not  require  pollina:on  or  other  s:mula:on  to  produce  parthenocarpic  fruit  (cucumber)    

 Auxins  

 

Synthe:c  auxins      Widely  used  in  agriculture  and  hor:culture  

•  prevent  leaf  abscission  •  prevent  fruit  drop  •  promote  flowering  and  frui:ng  •  control  weeds    

Agent  Orange  -­‐  1:1  ra:o  of  2,4-­‐D  and  2,4,5-­‐T        Dioxin  usually  contaminates  2,4,5-­‐T,  which  is  linked  to  miscarriages,  birth  defects,  leukemia,  and  other  types  of  cancer.      

 Auxins  

 

In  1964,  zea:n  was  the  first  naturally  occurring  cytokinin  isolated  from  corn.    Zea:n  and  zea:n  riboside  are  found  in  coconut  milk.        

Natural  

Synthe:c  

 Cytokinins  

 

 Cytokinins    

Callus  development  <[auxin]  =  roots  <[kine6n]  =  buds  

• shoot  ini6a6on  • roots  • seeds    • fruits  • young  leaves    • chloroplast  development  

Lateral  bud  development  

Move  non-­‐polarly  in  xylem,  phloem,  and  parenchyma  cells.    

 Ethylene    

 

• Is  found  only  in  the  gaseous  form  • Induces  ripening  (e.g.,  green  bananas).  • Epinasty  (causes  leaves  to  droop  in  the  fall  )    • Causes  abscission  of  fruits  and  flowers    

 Most  produced  organic  compound  107  million  metric  tons  in  2005        

 Ethylene    

 

Once  fruit  ini:ated  red  colora:on,  ethylene  release  becomes  elevated  in  a  linear  fashion  (without  diurnal  fluctua:ons).  

 Abscisin  is  made  from  carotenoids  and  moves  non-­‐polarly  through  plant  :ssue.      Abscisic  acid  (ABA)  is  a  general  plant-­‐growth  inhibitor.      Induces  dormancy  Prevents  seeds  from  germina:ng      

 Abscisic  acid  (ABA)    

 

Viviparous  mutants  Reduced  sensi:vity  for  ABA  

 In  1930's,  Ewi:  Kurosawa  and  colleagues  were  studying  plants  suffering  from  bakanae,  or  "foolish  seedling"  disease  in  rice.    

• Synthesized  in  apical  por:ons  of  stems  and  roots  

             Can  be  readily  obtained  in  large  quan::es  from    fermenta:ons  of  the  fungus  Gibberella  fujikuroi  

• cell  division  and  elonga:on  • break  seed  dormancy  • speed  germina:on  

 

 Gibberellins  

 

Thompson  seedless  grapes  (Vi/s  vinifera)  

bol6ng  

 Gibberellins  

 

 External  factors  and  plant  growth.  Tropic  responses  

   Tropic  responses  Direc:onal  movements  by  growth  in  response  to  a  direc:onal  s:mulus      

Phototropism  is  a  response  to  blue  light  Phytphormone:  Auxin    Second  messenger:  Calcium    

Geotropism  or  gravitropism  Phytphormones:    cytokinin  and  auxin      

Thigmotropism  is  direc:onal  growth  response  to  contact  with  an  object.    

tendrils  

Greek  thigma  =  touch  Rapid  response  Diferen:a:on  in  the  elonga:on  of  the  cells  

External  factors  and  plant  growth.  Thigmotropism    

External  factors  and  plant  growth.  Nas6c  movements  and  heliotropism    

Nas:c  movements  are  independent  of  the  s:mulus'  posi:on    Touch,  mechanical,  electrical,  thermal  or  chemical          

Venus  Flytrap,  Dionaea  muscipula.  Acid  growth  (cells  that  to  elongate  or  expand  quickly  at  low  pH)  and  turgor  

External  factors  and  plant  growth.  Heliotropism  

Heliotropism  is  the  diurnal  mo:on  of  plant  parts  (flowers  or  leaves)  in  response  to  the  direc:on  of  the  sun.    During  the  night,  the  flowers  may  assume  a  random  orienta:on      Heliotropism  is  a  response  to  blue  light.  

External  factors  and  plant  growth.  Circadian  rhythms  

 Roughly  24-­‐hour  cycle  in  the  biochemical,  physiological,  or  behavioral  organisms’  processes      Hours  of  light    Endogenous  and  synchronized  by  the  environment  Biological  clock    Photosynthesis  Movement        

Night                Day  

According  to  their  photoperiods,  plants  can  be  classified  into  three  groups:    a)  Short  day  plants.  Examples:  Nico8ana  tabacum,  soybean,  strawberry,  and    

chrysanthemum.  b)    Long  day  plants.  Examples:  Onion,  carrot  and  spinach.  c)  Day  neutral  plants.  Examples:  Tomatoes,  cucumbers,  sunflower,  dandelions  and  

colon.      

External  factors  and  plant  growth.  Photoperiodism