GENI DI IDENTITA’ MERISTEMATICA

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    13-Jan-2016

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GENI DI IDENTITA MERISTEMATICA. FIORE: complesso apparato di strutture funzionalmente specializzate e radicalmente diverse dallorganismo vegetativo sia nella forma che nei tipi cellulari - PowerPoint PPT Presentation

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<ul><li><p>GENI DI IDENTITA MERISTEMATICA</p></li><li><p>FIORE: complesso apparato di strutture funzionalmente specializzate e radicalmente diverse dallorganismo vegetativo sia nella forma che nei tipi cellulari</p><p>La transizione verso la fioritura implica cambiamenti radicali nel destino delle cellule dei meristemi apicali</p><p>Alterazione del destino delle cellule meristematiche: cambiamento di fase</p><p>Linsieme degli eventi che portano lapice del germoglio a produrre fiori si indica come</p><p> INDUZIONE FIORALE</p></li><li><p>In Arabidopsis a seguito della INDUZIONE FIORALE</p><p>Il meristema vegetativo passa dalla produzione ai suoi lati di foglie e primordi ascellari alla produzione di un numero indeterminato di</p><p>PRIMORDI FIORALI</p><p>Questo MERISTEMA APICALE si chiama MERISTEMA DELLINFIORESCENZA</p><p>Il MERISTEMA FIORALE si differenzia da un gruppo di cellule che si trovano ai lati del meristema dellinfiorescenza</p><p>Il programma di sviluppo diverso in quanto il meristemadellinfiorescenza a crescita indeterminata mentre quello fiorale a crescita DETERMINATA</p></li><li><p>SAM convertito in meristema dellinfiorescenza in risposta ad uno stimolo fiorale</p><p>Il meristema dellinfiorescenza uno stato transitorio dalla crescitavegetiva a quella riproduttiva</p><p>Il meristema dellinfiorescenza genera il MERISTEMA FIORALE</p></li><li><p>SAMMI</p></li><li><p>MERISTEMA DELL INFIORESCENZA E MERISTEMA FIORALEI primordi fiorali si originano nella stessa posizione nella quale si formano i primordi fogliaridurante la crescita vegetativa; la fillotassi non alterata</p></li><li><p>SAM indeterminatoOrganogenesiAM inattivoMI apicale e ascellariattivi e indeterminatiMF prodotti ai lati dei MI : formazione del fiore</p></li><li><p>Le infiorescenze possono essere determinate o indeterminate(semplici e composte)dsisiccimaspiga a racemoInfiorescenza di arabidopsis (indefinita)</p></li><li><p>Infiorescenza definitaInfiorescenza indefinita</p></li><li><p>microscopio confocale</p></li><li><p>La transizione promossa da una classe di geni noti come</p><p>GENI DI IDENTITA MERISTEMATICA (FMI)</p><p>In Arabidopsis</p><p>LEAFY (LFY)</p><p>APETALA1 (AP1)</p><p>CAULIFLOWER (CAL) MADS box</p><p>FRUITFULL (FUL)</p><p>TERMINAL FLOWER1 (TFL1)</p><p>AGAMOUS (AG)</p><p>APETALA 2 (AP2) sono anche geni omeotici</p></li><li><p>In Arabidopsis oltre 100 geni MADS BOX</p><p>Animali o funghi ne possiedono un numero molto minore (Drosophila 2)</p><p>Nelle piante molti coinvolti nello sviluppo del fiore</p><p>APETALA1, APETALA3, PISTILLATA, AGAMOUS, SEPALLATA1, SEPALLATA2,SEPALLATA3MADS: MCM1(lievito), AGAMOUS (arabidopsis), DEFICIENS (anthirrinum), SRF (uomo)5 classi:Ma, Mb, Mg, Md e MIKC</p></li><li><p>GENI MADS box in specie diverse Anthirrinumarabidopsispetuniapomodoro</p></li><li><p>MADS-boxIn rosso</p></li><li><p>FMIABCinduzione</p></li><li><p>FMI </p><p>Identificati dalla scoperta di mutanti loss of function in cui i fiori</p><p>sono rimpiazzati da strutture intermedie tra germoglio</p><p>vegetativo e fiorale</p></li><li><p>MUTAZIONI lfy, ap1, cal compromettono la capacit del meristema vegetativo di svilupparsi in meristema fiorale</p></li><li><p>Mutante lfy: foglie al posto degli organi fiorali, con disposizione spiralata</p></li><li><p>ap1lfy ap1ap1: fiori secondari allascella degli organi del I verticillo; fiori con conversioneomeotica sepali in foglie e perdita dei sepali</p><p>lfy ap1 transizione fiorale bloccata ; meristemi delinfiorescenza</p></li><li><p>In Anthirrinum</p><p>FLORICAULA (FLO)</p><p>SQUAMOSA (SQUA) LEAFY</p><p>AP1</p></li><li><p>LEAFY (LFY)</p><p>La sua espressione precede la transizione fiorale ed massima nei giovanimeristemi fiorali</p><p>Mutanti lfy sviluppano foglie e germogli invece di fiori</p><p>LFY necessario e SUFFICIENTE per conferire identit fiorale ai primordiemergenti: l espressione ectopica e costitutiva determina la trasformazione precoce di foglie e gemme ascellari in FIORI</p><p>Non un gene MADS-box ; fattore di trascrizione non omologo a nessuna classenota</p></li><li><p>LEAFY il principale interruttore tra i geni di identit meristematica: interrompe la crescita vegetativa e accelera la transizione alla fase riproduttiva </p><p>La sua espressione precede quella degli altri geni </p><p> espresso ai lati del meristema dellinfiorescenza, dove si svilupperanno i</p><p> meristemi fiorali prima di ogni diversificazione morfologica</p><p>LFY si lega a elementi cis nel promotore di AP1 e AGAMOUS(CCANTGG)</p><p>AP1 e AGAMOUS sono geni omeotici: responsabili della formazione degli organi del fiore</p></li><li><p>LEAFY</p><p> allincrocio dei diversi pathways di induzioneI livelli di espressione di LEAFY correlano con la forza di diversi segnali che inducono la fioritura</p><p>Regolato da GAs Elemento di risposta a GA nel promotore Si lega AtMYB33 i cui livelli aumentano nellapice durante la transizione fiorale</p><p>Regolato da CONSTANSMeccanismo non noto forse mediato da SOC1 e/o AGL24</p><p>Regolato da FTRidotti livelli di LFY in mutanti ft</p></li><li><p>SOC1 translocated to nucleus by interaction with AGL24 directly regulates LEAFY.Lee J, Oh M, Park H, Lee I.</p><p>National Research Laboratory of Plant Developmental Genetics, Department of Biological Sciences, Seoul National University, Seoul, 151-742, Korea.</p><p>Thus, we propose that the heterodimerization of SOC1 and AGL24 is a key mechanism in activating LFY expression.</p><p>Plant J. 2008 May 9 [Epub ahead of print]</p></li><li><p>LEAFY comincia ad essere espresso a livello del meristema della infiorescenza</p><p>nei siti in cui emergono i meristemi fiorali (MF) ma prima della loro comparsa</p><p>Successivamente, quando cominciano a formarsi i MF viene espresso AP1 con un profilo spaziale sovrapponibile a LEAFY</p><p>Dal doppio mutante lfy ap1, a transizione fiorale bloccata: RIDONDANZA</p><p>APETALA 1 (AP1)</p></li><li><p>Pattern di espressione dei geni MImvmf</p></li><li><p>Espressione ectopica di LEAFY in mutanti ap1: mantengono le caratteristiche del mutante ap1Espressione ectopica di AP1 In mutanti lfy: conversione del SAM in meristema fioraleAP1 agisce a valle di LEAFY</p></li><li><p>i principali regolatori di AP1 sono:</p><p>LEAFY: regolazione diretta</p><p>dimostrato il binding in vitro di LFY a sequenze regolative di AP1 e CAL mediante immunoprecipitazione della cromatina</p><p>FT: mutanti lfy esprimono AP1, doppi mutanti lfy ft non esprimono AP1</p></li><li><p>LEAFY e AP1 svolgono un ruolo primario nelliniziare il programma di sviluppo fiorale</p><p>Mutazioni loss of function in ciascuno dei due provocano conversione omeotica fiorale/vegetativa</p><p>Mutazioni in entrambi i geni non consentono lattuazione del programma fiorale</p><p>Entrambi codificano fattori di trascrizione fortemente espressi nei primordi fioraliRiassumendo</p></li><li><p>CAULIFLOWER (CAL) </p><p>AP1 e CAL hanno sequenze strettamente correlate e un pattern di espressionesimile; allinizio espressione in tutto il meristema, poi solo nel I e II verticillo del fiore</p><p>AP1 e CAL mostrano RIDONDANZA nella specificazione della identit fiorale del meristema</p><p> Fenotipo molto pi evidente in doppi mutanti</p><p> ap1 cal : meristema dell infiorescenza a crescita indeterminata (strutture simili a cime di cavolfiore)</p></li><li><p>Il gene CAULIFLOWER del cavolfiore coltivato ha un codone di stop che inattiva il prodotto genico</p><p>Ci previene la transizione dellinfiorescenza a meristema fiorale generando la ripetizione di meristemi dellinfiorescenza</p></li><li><p>FUL: correlato strutturalmente a AP1 e CAL </p><p>Up-regolato nel MI ma escluso inizialmente dal MF</p><p>FUL primo gene espresso nel MI dopo la transizione fiorale </p><p>Mutante ful non mostra alterazioni nel MI Tripli mutanti ap1 cal ful assomigliano ai doppi mutanti ap1 cal ma con tratti </p><p>vegetativi pi marcati </p><p> RIDONDANZA con AP1 e CAL</p><p>In mutanti ap1, FUL espresso anche nel MF : AP1 reprime lespressione di FUL nel MF</p><p> FRUITFULL (FUL)</p></li><li><p>APETALA 2 (AP2) </p><p>Mutanti ap2 solo difetti omeotici: sepali e petali</p><p>Ma ap1 ap2 e lfy ap2 fenotipo pi severo dei singoli mutantiAnche AP2 contribuisce alla specificazione dei meristemi fiorali</p></li><li><p>TERMINAL FLOWER 1 (TFL 1)</p><p>Gene di identit del meristema dellinfiorescenza</p><p>Arabidopsis: a infiorescenza indeterminata</p><p>Il meristema dellinfiorescenza rimane sempre nella zona apicale </p><p>I meristemi fiorali si sviluppano lateralmente</p><p>non si forma un fiore terminale </p><p>I mutanti tfl formano un fiore terminaleNei mutanti tfl AP1, CAL e LFY sono espressi ectopicamente nel MI </p></li><li><p>TERMINAL FLOWER 1 (TLF1)</p><p>Il fenotipo dei mutanti tfl1 indica che ha funzioni opposte a LFY, AP1/CAl</p><p> Previene la trasformazione in meristema fiorale del meristema dellinfiorescenza</p><p>Mutanti loss of function tfl1 formano precocemente fiori terminali </p><p>Lespressione costitutiva di TFL1 (35S::TLF1) ritarda la formazionedei fiori</p></li><li><p>LFY, AP1, CAL specificano lidentit di MF</p><p>TFL1 specifica lidentit di MI</p><p>Pattern di espressione di TFL1 in accordo con la funzione di regolatore negativo di LFY, AP1, CAL</p><p>Espresso nel centro del meristema ed escluso dai primordi</p><p>AP1 CAL e LFY sopprimono lespressione di TFL1 nel meristema fiorale</p></li><li><p>Pattern di espressione dei geni MImvmf</p></li><li><p>TFL1 strutturalmente un omologo di FLOWERING LOCUS T (FT)</p><p>ma la funzione opposta</p><p>FT e TFL1 sono omologhi alle PEBP ( phoshatidyethanolamine binding proteins)</p><p>che negli eucarioti regolano il signaling in processi di crescita e </p><p>sviluppoLa raf-kinase inhibitor protein una PEBP</p></li><li><p>TFL1 59% di identit con FT; la sostituzione di un singolo aa: FT (Y85H); TFL (H88Y) sufficiente ad invertire le funzioni tra i due geni</p></li><li><p>Modello interazione TFL1 FT con target </p></li><li><p>TRANSIZIONE FIORALE</p><p>Una volta avviata la transizione irreversibile </p><p>Ci assicurato da interazioni cooperative tra i geni di identit meristematica</p><p>LFY induce AP1 e CAL</p><p>CAL e AP1 regolano positivamente LFY</p><p>LFY, AP1 e CAL regolano negativamente TFL1 (e AGL24)</p><p>In questo modo AP1 e CAL mantengono elevati i livelli di espressione di LFY una volta indotto</p><p>Le interazioni antagonistiche tra TFL1 e geni FMI fanno si che TFL1 non sia espresso nel meristema fiorale e LFY, AP1e CAL non siano espressi nelmeristema dellinfiorescenza</p></li><li><p>LEAFY espresso precocemente nel meristema dellinfiorescenza e d inizio al programma differenziativo</p><p>LEAFY promuove lespressione di AP1/CAL nei primordi fiorali(prodotto genico di LFY si lega al promotore del gene AP1)</p><p>LEAFY AP1/CAL promuovono reciprocamente la loro espressione</p><p>COOPERATIVITA: assicura che tutti i geni necessari per la transizione siano presenti ad elevati livelli nello stesso momento</p></li><li><p> ATTIVAZIONE DEI GENI OMEOTICI (ABC)</p><p>dati principalmente per LEAFY</p><p>richiesto per la formazione di petali e stami</p><p>INDUCE AP1</p><p>INDUCE AP3 (LFY si lega al promotore di AP3) </p><p>Partecipa allinduzione di AG (WUSCHEL)</p><p>INDUCE i geni SEP (forse)</p></li><li><p>AP1 (CAL )</p><p>Richiesto per lo sviluppo di sepali e petali e indirettamente per lo sviluppo</p><p>di stami e carpelli poich attiva lespressione di AGAMOUS (AG)</p></li><li><p>TERMINAZIONE</p><p>Il meristema fiorale a crescita determinata</p><p>Una volta completato il differenziamento del fiore il meristema cessa di accrescersi</p><p>AGAMOUS linterruttore per il segnale di terminazione</p><p>Il segnale coinvolge la funzione di WUSCHEL</p></li><li><p>Nel mutante ag-3 gli stami sono sostituiti da carpelli e i carpelli da una reiterazione della sequenza sepali petali. Indica la presenza di un meristema a crescita Indeterminata al centro del fiore . Nel mutante wus-1 la situazione opposta. Si ha terminazione prematura della attivit del meristema e sviluppo incompleto del fioreIl meccanismo di terminazione determinato dallinterazione WUS / AG</p></li><li><p>AG antagonizza la funzione di WUSCHEL di mantenimento del meristema fiorale</p><p>Wuschel richiesto per il mantenimento </p><p>di tutti i meristemi</p><p> inizialmente espresso nel MF ma i livelli calano quando </p><p>attivato AG e scompare quando si formano i primordi dei carpelli</p></li><li><p>Lespressione ectopica di WUS porta alla formazione</p><p> di stami e carpelli ectopici in maniera AG dipendente. </p><p> WUSCHEL attiva lespressione di AG</p></li><li><p>Perch lattivazione di AG da parte di WUS avviene solo in FM e non in SAM?</p><p> richiesto un fattore aggiuntivo LEAFY gene di identit del meristema fiorale (FM), non presente nel meristema vegetativo (SAM)</p></li><li><p>Allinizio dello sviluppo fiorale WUSCHEL attiva la trascrizione di AGAMOUS</p><p>AG successivamente reprime la trascrizione di WUS determinando il differenziamento delle ultime cellulemeristematicheIl meccanismo coinvolge il sistema WUSCHEL/CLAVATA</p></li><li><p>Terminazione fiorale attraverso il feedback WUSCHEL/AGAMOUSfase iniziale: WUS e LFY (x)attivano lespressione di AGNella zona in blunella fase di formazione dei carpelli AG (Y) reprimono WUSe si ha la terminazione del meristema</p></li><li><p>DIMOSTRATO che WUSCHEL e LEAFY si legano a sequenze</p><p>enhancer distinte sul secondo introne di AGAMOUS</p><p>Come fa il meccanismo regolativo ad agire al momento giusto?</p><p>Cio quando stato completato il differenziamento dellultimo verticillo?</p><p>I LIVELLI DI ESPRESSIONE di AG aumentano durante tuttoil differenziammento</p><p>forse necessario un valore di soglia di AG per linibizione dellespressione di WUS , che si raggiunge solo dopo il differenziamento dei carpelli</p><p>Oppure altro fattore regolativo necessario (Y) che compare negli stadi finali</p></li><li><p>meristemavegetativomeristema fiorale</p></li><li><p>La formazione del fiore richiede lesecuzione di diversi programmi di sviluppo:</p><p>Specificazione della posizione del nuovo fiore</p><p>Formazione del pattern del primordio (simmetria, polarit)</p><p>Controllo della divisione cellulare per dimensioni e numero dei fiori</p><p>Formazione degli organi del fiore</p><p>Esecuzione di pathways di sviluppo paralleli ed in parte sovrapposti</p><p>Rete di interazioni molecolari molto complessaIn conclusione</p></li><li><p>Una Istone acetiltransferasi, AtGCN5, sembra necessaria per il corretto sviluppo del meristema fiorale e agisce mediante</p><p>regolazione del sistema WUS/AGEvidenza di un meccanismo epigenetico del pathway Wuschel /Agamous</p></li><li><p>Una mutazione per inserzione di T-DNA nel bromodomain del gene </p><p>AtGCN5 induce la conversione delle infiorescenze in fiori terminali</p><p>e trasformazioni omeotiche degli organi fiorali</p><p>I fenotipi correlano con la UP-regolazione della espressione di WUS e AG nel meristema fiorale con lestensione dei domini di espressione di questi geni e con lespressione ectopica </p><p>di AG nel MF</p><p>AtGCN5 controlla il pathway di espressione WUS-AG</p></li><li><p>AtGCN5 omologo alla ACETILTRANSFERASI di lievito Gcn5</p><p>Gcn5 una Istone Acetiltransferasi (HAT) che contiene il </p><p>BROMODOMAIN (con il quale si associa a lisine acetilate)</p><p>HATs e deacetilasi sono in grado di determinare rimodellamenti della cromatina che possono attivare o reprimere la trascrizione genica</p></li><li><p>Le istone acetiltransferasi generalmente sono richieste per lattivazione dei geni</p><p>Tuttavia documentato che GCN5 funziona anche come repressore</p><p>AtGCN5 funzionerebbe come modulatore negativo della espressione</p><p> di WUS/AG</p></li></ul>

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