Surse și mecanisme de recepționare a factorilor de stres. [616397]

Stres abiotic.
Surse și mecanisme de recepționare a factorilor de stres.
Semnalizare intracelulară. Rolul hormonilor.

În timpul vietii, plantele si celulele plantelor sunt supuse, în mod constant si
continuu, actiunii unui numar variabil si apreciabil de informatii, carora trebuie sa le
raspunda, fata de care trebuie sa reactioneze. Aceste raspunsuri – exprimate prin
modificarea proceselor fiziologice si biochimice – sunt perfect coordonate la nivelul
întregii plante printr -o retea de transductie (de tr ansmitere) a semnalelor.
Stimulii externi care afecteaza cresterea si dezvoltarea plantelor sunt reprezentati
de: lumina (prin toate componentele sale – fotosintetica, fotomorfogenica si
fotoperioada), temperatura, umiditatea aerului si solului, prezenta substantelor
minerale, calitatea solului, vântul, forta gravitationala, concentratiile externe de CO2,
O2 si etilena, prezenta animalelor ierbivore, atacul unor paraziti si agenti patogeni,
microorganismele din sol, precum si prezenta unor substante chimice toxice sau
alelopate .
Stimulii interni care modifica metabolismul celulelor plantelor, cresterea si
dezvoltare sunt: hormonii si alte substante reglatoare de crestere, semnalele electrice
(potentialul bioelectric), unele peptide, glucide si aminoacizi, s tarea de turgescenta , etc.
Capacitatea celulelor de a percepe excitatiile provenite din mediul exterior si de a
reactiona prin raspunsuri adecvate este însusirea de baza caracteristica sensibilitatii .
Aceasta presupune existenta unui sistem complex de recu noastere a semnalelor si de
transmitere la nivel celular.
Celulele plantelor contin 2 tipuri de sisteme informationale: unul genetic si unul
epigenetic.
a. Sistemul informational genetic implica o anumita rigiditate si simplitate,
fenotipul fiind determinat de o anume gena, care respecta legile mendeliene
ale transmiterii la descendenti.
b. Sistemul informational epigenetic este mult mai complex, un caracter
fenotipic fiind expresia mai multor gene ce se transmit independent, însa care sunt puternic influentat e de conditiile de mediu (ex: producerea de biomasa,
durata cresterii, ramificarea, distributia fotosintetizatelor între organele vegetative si generative, raspunsul la stres, etc.).
Pentru a fi initiata transmiterea semnalelor (transductia) aceastea trebu ie sa fie
receptionati de catre un receptor.
Cei mai cunoscuti receptori sunt localizati la nivel celular la nivelul membranelor
plasmatice, nucleului, citoplasmei sau peretilor celulari si sunt specifici diferitilor factori excitanti.
Dupa perceptia sem nalelor de catre receptori specifici are loc transmiterea
informatiilor la nivel celular, ceea ce va determina raspunsul metabolic specific.
Figura 1 prezinta cele mai cunoscute interactiuni ale semnalelor în celulele
vegetale.
Cascada kinazelor (ex. MAPK ) este implicata în transmiterea semnalelor
mecanice, cum ar fi atingerea sau vântul, precum si cascada de transmitere a semnalului initiata de actiunea giberelinelor, etilenei, stresului osmotic, ranire sau elicitori fungici.

Figura 1. Reteaua de transmit ere a semnalelor în celulele vegetale – cele mai cunoscute interactiuni. (MAPK -proteinkinaza activata mitogen).
.

Receptorii hormonali reprezinta molecule specializate de care se leaga hormonii,
formând complexe hormoni -receptori – forma activa a acestora ce transmite informatia
unei alte molecule (mesager secundar) din cascada de transductie a semnalului la nivel
celular.
Auxina este un regulator de crestere cu numeroase functii în diviziunea si
extensia celulara, crestere, maturare si diferentiere, dominanta apicala, tropisme, inductia diviziunii celulelor cambiale si initierea radacinilor, actiunea sa fiind intens studiata în ultimii 50 de ani. Cercetarile au evidentiat existenta mai multor receptori pentru diferitele procese med iate de auxine, însa a fost descoperit si caracterizat doar unul. ABP1 este o
familie de proteine de 23 kDa localizate la nivelul membranelor plasmatice (plasmalema
si reticul endoplasmatic), ce leaga acidul indolilacetic si acidul naftalenacetic. Au fost evidentiate la nivelul membranelor plasmatice din mezofilul frunzelor de Nicotiana tabacum (Barbier -Brygoo si colab., 1989), însa rolul lor a fost demonstrat ulterior. Jones
(1994) a identificat gena ce codifica proteina ABP1, de 40kDa, la nivelul reticulului endoplasmatic. Aceasta gena se gaseste pe cromozomul 3, în cazul plantelor de porumb.
Receptorul pentru auxina a fost identificat în plasmalema, în complexul Golgi, în
sistemul de endomembrane a reticulului endoplasmatic din celulele cu crestere rapid a
aflate la baza coleoptilului si a frunzelor. În nucleu s -a evidentiat prezenta unei proteine
de 65 kDa, care se presupune ca ar fi un receptor pentru auxina. Acest receptor lipseste în tonoplast si plastide (Burzo si colab., 2000).
Cercetarile au evident iat rolul ABP1 în controlul extensiei celulare, sugerând
existenta si a altor receptori de auxina ce regleaza, coordonat cu acesta, celelalte aspecte ale cresterii frunzelor. (Trewavas, 2000).
Hardin si colab. (1970) sustin existenta unor receptori hormonali la nivelul nucleului. Aceasta ipoteza se bazeaza pe faptul ca tratamentele cu auxine au determinat cresterea activitatii ARN -polimerazei. Thimann (1986) considera ca receptorii se gasesec la nivelul
situsurilor de transcriptie a ARNm în cazul biosintez ei celulazelor mediata de auxina.
Dupa Hagen (1984), tratamentele cu auxine efectuate la plantele de Glycine modifica expresia genelor la nivelul transcriptiei.
Exista dovezi recente ca transportul auxinei este asociat cu perceptia acestuia.
Astfel, s- a stabilit ca AtPIN1, o proteina de 67 kDa, este un component transmembranar
al transportorului de auxina implicat în efluxul de auxina. Mutatiile provocate acestei
proteine inhiba transportul polar al auxinei si formarea tesutului vascular. La nivelul radacin ii, AtPIN2, poate controla transportul auxinei catre zonele de elongatie, mutatiile
acestei proteine determinând cresterea agravitropica a acestui organ vegetativ (Trewavas, 2000).
Caile de transmitere a semnalului auxinei sunt diferite în functie de procesul
fiziologic în care aceasta este implicata.
În cazul acidifierii apoplastului în timpul expansiunii peretelui celular (proces
mediat de auxina) se pare ca actiunea sa este mediata de un grup de proteine (proteinele 14:3:3, care au capacitatea de a dist inge proteinele -tinta fosforilate de cele nefosforilate si
de a le fosforila pe acestea din urma), ce actioneaza ca mesageri intracelulari si pot interconecta caile de transmitere a semnalului de la receptor la efector. O posibilitate ar fi activarea unei H
+ATP -aze din plasmalema, prin activarea unei proteinkinaze. Deci, o
posibila cale de transmitere a semnalului de la auxina- receptor -proteine 14:3:3-

proteinkinaza – H+ATP -aza, ce are ca efect cresterea extensibilitatii peretelui celular prin
acidifierea apo plastului.
În vârful tulpinii ce contine celule care trec prin toate stadiile programului de
crestere si dezvoltare: diviziune -extensie celulara -maturare -diferentiere, prezenta auxinei
este continua, însa actiunea sa este specifica fiecarei etape. Aceasta se poate explica prin
existenta unui set unic de proteine specifice fiecarui stadiu, care sunt active îe parcursul acestuia, urmând sa fie biodegradate la sfârsitul etapei respective. Proteinele necesare unei etape represeaza, probabil, prin feedback, tran scriptia genelor necesare etapei
ulterioare, iar proteinele etapei precedente sunt biodegradare (prin ubiquitinilare) odata cu sfârsitul acesteia.
Un exemplu îl poate constitui dezvoltarea traheidelor, proces ce se realizeaza în 5
etape. În prima etapa ar e loc diviziunea celulara (setul de proteine E1 regleaza diviziunea
si represeaza transcriptia proteinelor E2), în etapa a doua are loc extensia celulara (setul de proteine specifice permit elongatia si represeaza transcriptia proteinelor E3), în etapa a treia are loc maturarea celulei (setul de proteine E3 permit maturarea si represeaza
transcriptia proteinelor E4), în etapa a patra are loc diferentierea traheidelor (setul de proteine E4 permit diferentierea si represeaza transcriptia proteinelor E5), în e tapa a
cincea setul de proteine E5 directioneaza moartea celulara programata. Acest proces este mediat de auxina, care este responsabila de conjugarea proteinelor specifice unei etape (la sfârsitul acesteia) cu ubiquitina, în vederea biodegradarii. Mecanismul de reglare al acestei cai biochimice de catre auxina nu este pe deplin elucidat, însa îndepartarea auxinei determina oprirea caii de dezvoltare la stadiul la care se ajunsese (Trewavas, 2000).
Giberelinele , care au structura sterolica, strabat membran ele fosfolipidice
(plasmalema), ajungând astfel la niste receptori neidentificati înca, ce se presupune a fi
situati la nivelul organitelor celulare (Burzo si colab., 2000) sau în citosol (Crozier si
colab., 2000).
Hooley si colab. (1990) apreciaza ca giberelinele au receptori specifici la nivelul
plasmalemei, de unde pot controla, prin cai specifice, transcriptia genelor si nivelul de
ARNm care codifica sinteza α -amilazelor (Jacobsen si Chandler, 1988). Datorita
diversitatii structurale si conformationale a giberelinelor, activitatea biologica a acestora
la nivelul unui tesut sau la o specie este dependenta de situsul de legare la receptor, care
dicteaza cerinte structurale stricte (Croizier si colab., 2000). Astfel, la castraveti giberelinele GA4 si GA7 (fara grupare hidroxil în pozitia 13) sunt mult mai active biologic decât GA1 si GA3 (cu grupare hidroxil în pozitia 13 – deci alte necesitati
conformationale).
Calea de transmitere semnal -raspuns a giberelinelor indica implicarea unor factori
de transcrip tie. La Arabidopsis s -au evidentiat câteva elemente reglatoare ale caii de
transmitere a semnalului giberelinelor ce implica Ca
2+ citosolic si cGMP, si care
determina sinteza α -amilazei în celulele cu aleurona. De asemenea, si calea MAPK poate
fi implicata în transmiterea semnalelor giberelinelor (Trewavas, 2000).
Citochininele , în asociatie cu auxinele stimuleaza diviziunea celulara.
Influenteaza diferentierea într- o cultura de celule, favorizând formarea partii aeriene,
induce deschiderea stomatelor, rep reseaza dominanta apicala si inhiba senescenta
organelor plantelor, în special a frunzelor.

Încorporarea citochininelor în ARNt reprezinta modul primar de reglare a
diviziunii celulare. Mennes si colab. (1991) mentioneaza ca în semintele de cereale au
fost identificati receptori ai citochininelor. Prin pozitionarea receptorilor la nivelul
ribozomilor , citochininele pot influenta biosinteza proteinelor, însa mecanismul de
actiune nu este pe deplin elucidat (Burzo si colab., 2000).
Perceptia citochininelor si transmiterea semnalului poate utiliza un sistem bi –
component si o proteina transmembranara. S -a identificat o proteina CKI1, de 125kDa,
care ar putea fi un posibil receptor de citochinine, care are o structura asemenatoare receptorului ETR1 pentru etil ena, însa doar cu 2 domenii transmembranale si omologie
cu o kinaza hibrida dublu- component, posibil prezenta la nivelul plasmalemei. La
Arabidopsis, s -a identificat o gena GCR1 ce codifica tot o proteina transmembranala, însa
functiile sale de receptor al citochininelor nu au fost pe deplin demonstrate (Trewavas,
2000).
Etilena este cunoscuta ca principalul hormon de maturare al fructelor, însa are
impact si asupra altor procese fiziologice cum ar fi: germinatia semintelor, cresterea radacinii si tulpinii, dezvoltarea florilor, senescenta si abscizia florilor si frunzelor.
Cercetarile au evidentiat ca etilena participa si la modularea raspunsurilor
plantelor la o serie de factori de stres (abiotic si biotic), un exemplu fiind atacul agentilor patogeni.
Primul receptor de etilena a fost identificat la Arabidopsis. ETR1 este o proteina
transmembranara de 79 kDa, al carei capat C terminal este o hibrid kinaza cu sistem dublu- component, localizata la nivelul plasmalemei. În momentul perceptiei etilenei (si,
implicit, a legarii acesteia) proteina receptoare dimerizeaza si initiaza transmiterea
semnalului în celula prin autofosforilare si transferul gruparii fosfat. Acest sistem dublu component, în care un receptor si un efector interactioneaza prin fosforilarea r esturilor de
Asp si His, îsi poate autoregla durata de raspuns prin autoinhibitie.
Calea de transmitere a semnalului etilenei utilizeaza cascada proteinkinazelor. În
acest sens, s- au identificat alte 2 proteine CTR1 si EIN1 care sunt reglatori ai actiunii
etilenei la nivel celular, considerându -se ca actioneaza ulterior perceptiei semnalului de
catre ETR1. CTR1 are o structura similara proteinkinazelor din grupul Raf (MAPKKK, ce are capacitatea de a activa o MAPKK si alti componenti ai acestei cai de transm itere a
semnalului) care activeaza 3 procese reglate de etilena: dezvoltarea hook, alungirea hipocotilului si cresterea radacinii.
Mecanismul propus ar fi : etilena este perceputa la nivelul plasmalemei de catre
ETR1, care determina, probabil prin intermed iul unei proteine de legare a GTP,
fosforilarea CTR1 (MAPKKK) si activarea acesteia. Aceasta determina la rândul ei fosforilarea unei MAPKK (probabil EIN1), care dupa activare determina fosforilarea unei MAPK si activarea sa. MAPK activa patrunde în nucleu prin porii nucleari si determina fosforilarea si activarea unui factor de transcriptie. Acesta se leaga la promotorul genei -tinta determinând transcriptia acestei si sinteza proteinei specifice. Însa
nu au fost identificate toate elementele acestei cai d e transmitere a semnalului în celula.
Ulterior au mai fost identificate gene ce codifica alti receptori pentru etilena, cum
ar fi: ERS (senzorul de raspuns la etilena), Nr (never ripe, la tomate) si LeTAE1 (un omolog ETR1 la tomate care este expresat în ti mpul senescentei florilor si fructelor).
Acidul abscisic controleaza, în principal, aspectele legate de variatia cantitatii de
apa din sol si raspunsul la stresul hidric. Se pare ca sunt utilizati diversi receptori pentru

fiecare proces în care este implicat acest hormon, cum ar fi germinatia semintelor,
închiderea stomatelor sau modificarea expresiei genelor, însa pâna în prezent nu a fost identificat niciunul. S -a dovedit, utilizând un conjugat acid abscisic -2 nitrofenil eter,
prezenta receptorilor hormon ali în interiorul celulelor de garda, care în momentul
eliberarii, prin fotoliza, a acidului abscisic determina închiderea stomatelor. De asemenea, exista unele presupuneri ale prezentei unui receptor extern (la nivelul peretelui
celular ), care ar actiona ulterior prin intermediul ABI1.
Recent a fost identificata o proteina ABI1, care nu leaga acidul abscisic, însa
intervine în reteaua de semnalizare a acestui hormon în procese cum ar fi dormanta semintelor si altele. Aceasta proteina se leaga specific la u n receptor de acid abscisic sau
la un complex receptor care implica si o protein kinaza. Perceptia hormonului si legarea acestuia la receptorul specific ar determina deschiderea canalelor de Ca
2+ din
plasmalema, ceea ce duce la intrarea Ca2+ în celula si a ctivarea ABI1 (protein fosfataza
sensibila la Ca2+) prin legarea la un situs specific.

MATERIAL SUPLIMENTAR: HORMONII VEGETALI
Hormonii vegetali sunt substanțe bioactive cu rol specific în procesele de
creștere și maturare. Aceste substanțe au situsuri specifice de biosinteză de unde sunt
transportate în alte organe, unde își manifestă efectul lor caracteristic.
În funcție de efectul lor asupra creșterii , sunt grupați în substanțe stimulatoare
(auxine, gibereline, citochini ne) și substanțe inhibitoare (acidul abscisic), iar etilena
reprezintă hormonul de maturare al plantelor. Acești hormoni au o greutate moleculară
mică care variază între 28 Da (etilenă) și 346 Da (gibereline). Ca și hormonii animali
aceștia sunt eficace î n concentrații foarte mici, cuprinse între 10-6 și 10 -8 M.
În afară de efectul specific pe care îl au hormonii asupra plantelor și anume
asupra procesului de creștere și de maturare, aceștia influențează și alte procese ca: dormanța, dominanța apicală, po laritatea, abscisia (căderea florilor, fructelor și
frunzelor), unele mișcări ale plantelor etc.
Concentrația hormonilor de creștere prezintă modificări caracteristice pe
parcursul perioadei de vegetație. Astfel, în cazul speciei Pisum se evidențiază câte un
maximum la 4 zile după înflorit pentru gibereline, la 6 zile pentru auxină și o diminuare a conținutului în acid abscisic.
Auxinele sunt reprezentate de acidul γ-indolil acetic precum și de numeroși
derivați ai acestuia :
– Metil indol- 3-acetatul și eti l indol -3-acetatul au fost identificați în fructele de
citrice.
– Indol -3-etanolul, indol -3-acetonitrilul și 4 -cloroindol -3-acetatul au fost
identificați în semințele de Phaseolus.
Auxinele se găsesc sub formă liberă sau conjugate cu diferiți compuși cu
greutate moleculară mică formând esteri ai acidului indolil acetic cu glucoza sau
mioinozitolul, compuși conjugați cu amidele (aspartat) sau combinații cu compuși cu
greutate moleculară mare așa cum sunt combinațiile acid indolil acetic -glucani sau acid
indolil acetic -glicoproteine care au fost identificate în semințele cerealelor (Cohen și
Bundurski, 1982).
Cea mai mare cantitate de auxine se găsește în situsurile de biosinteză, dar în
cantități mai mici se găsesc în toate organele plantelor. În cazul fructelor, concentrația maximă de auxine a fost determinată la Fragaria moscata după 12 zile de păstrare, iar la Ribes nigrum s -au identificat două maximumuri: după 12 – 22 zile și după 46 – 50 zile de
la fecundare (Hulme, 1970).
Auxina se biosintetizează din aminoacidul triptofan , dar există și specii de
plante la care precursorul a fost triptamina (Last și Fink, 1988). Biosinteza acestui
hormon de creștere are loc în țesuturile meristematice, în organele tinere ale plantelor, în semințe, ovarul florilor, în pistil și în stamine.
Giberelinele stimulează sinteza auxinei, în timp ce citochininele inhibă acest
proces .
Transportul auxinei se face prin floem și este polar , adică se face într -o singură
direcție, bazipetal. Acest transport unidirecțional se datorează faptului că în plasmalema
din partea bazală a celulelor se găsesc transportori de auxină- anioni (Jacobs și Gilbert,
1983).
Modificarea ritmului de transport a auxinei poate să rezulte din lipsa receptorilor
specifici, modificarea numărului receptorilor sa u a afinității acestora.

Ca produs intermediar al biodegradării auxinelor a fost identificat 3 -metilen
oxindolul (Fig. 1.17). În biodegradarea auxinelor este implicată enzima acid indolil acetic
oxidaza (AIA -oxidază) și izoenzimele peroxidazelor care au ro l de auxin oxidaze (Perrel
și Greppin, 1972). Cohen (1983) a constatat că activitatea peroxidazelor este invers proporțională cu conținutul de auxine libere din țesuturi.
Principalele funcții ale
auxinelor constau în:
– Stimularea procesului de
creștere î n concentrații mici și
inhibarea acestui proces în cazul concentrațiilor mari.
– Determină procesul de
dominanță apicală.
– Stimulează formarea
fructelor partenocarpice la unele specii de plante.
– Determină polaritatea la
plante.
– Stimulează procesul de
ieșire din dormanță. – Induc fototropismul și
geotropismul la plante.
Giberelinele sunt
diterpenoide ciclice care au un sistem tetraciclic denumit giban și au caracter acid fapt pentru care sunt notate cu inițialele GA 1…..
GA 125. Dintre ace stea
mai mult 60 gibereline se găsesc în plantele supeioare (Sponsel, 1988). Giberelinele diferă între ele prin modul de amplasare a grupărilor hidroxilice, metilice și carboxilice
laterale.
Giberelinele se găsesc în stare liberă, dar în unele semințe se g ăsesc și sub formă
glicozidică (Schneider și Schmidt, 1988).
Conținutul maxim de gibereline a fost determinat în semințele mature unde
concentrația acestora este de circa 1.000 de ori mai mare comparativ cu celelalte țesuturi
ale plantelor (McMillan și colab., 1960). Conținutul de gibereline din mere are un maximum după 60 de zile de la înflorit, iar în struguri, după 40 – 45 zile de la fecundare
(Ogava, citat de Hulme, 1970).
Giberelinele se biosintetizează din acetil coenzima A, în ciclul mevalonat,
conform schemei din figura 1.18. Biosintetiza are loc în frunzele tinere, mugurii apicali și în semințele în curs de germinare. După Potts și colab. (1985), sinteza giberelinelor în rădăcini este incertă. Primele etape ale procesului de biosinteză, până la form area ent –
kaurenului au loc în proplastide, sinteza aldehidei GA
12 are loc în reticulul endoplasmatic
iar interconversia giberelinelor are loc în citoplasmă.
Giberelinele biosintetizate în frunzele tinere se transportă bazipetal prin floem,
dar și acopetal prin xilem.

Biodegradarea giberelinelor nu este bine precizată, cercetările efectuate cu
gibereline marcate au evidențiat formarea unor compuși radioactivi necunoscuți
(McMillan, 1980).
Activitatea biologică a giberelinelor variază cu tipul acestora; sunt mai active
cele 3 -α-hidroxilate.
Funcțiile fiziologice ale acestor hormoni sunt:
– Induc sinteza de novo a amilazelor și stimulează procesul de germinare a
semințelor.
– Au efect antagonist cu auxinele în procesul de dominanță apicală.
– Stimulează ieșirea din procesul de dormanță.
– Induc înflorirea la unele plante de zi lungă sau care necesită vernalizare.
– Întârzie senescența frunzelor și fructelor.
– Determină formarea de fructe partenocarpice la unele specii de plante.
Citochininele sunt substanțe hormonale care stimulează procesul de diviziune
celulară și care au fost puse în evidență în urmă cu trei decenii. Principalele citochinine sunt zeatina și chinetina.
Citochininele au ciclul biosintetic dependent de cel al acidului ribonucleic (Hall,
1973). După Cohen și colab. (1976) ARN t acționează ca un intermediar sau ca un
precursor al citochininelor libere, zeatina făcând parte din anticodon. Weiler și Schroder
(1987) menționează ca citochininele se pot biosintetiza și din 5′ – adenozin monofosfat și
din izopentilpirofosfat, rezultând izopentil -adenozinmonofosfat, care este o citochinină
activă. Aceasta poate fi transformată în celulele plantelor în zeină. Haberer și Kieber
(2002) au precizat că citochininele de tip izopr enoid reprezintă derivați ai adeninei cu
substituiți aromatici. De asemenea citochininele se pot forma și din convertirea adenozinmonofosfatului și a dimetilallil difosfatului în citochinine active (izopentil -5'-
monofosfat).
Citochininele se biosintetizeaz ă în rădăcini, în semințele în curs de germinare și
în meristemele apicale. Sunt translocate sub formă de glicozizi care sunt hidrolizați în

situsurile de acțiune. Citochininele se acumulează în fructe și semințe. Haberer și Kieber
(2002) au precizat că tr ansportul citochininelor prin vasele lemnoase se realizează cu
ajutorul unui citochinin/ purin transportor (AtPUP1).
Sossountzov și colab. (1988) au precizat prin metode imunochimice că
citochininele se găsesc în plantele de Lycopersicon esculentum în meri stemul apical al
rădăcinii și al tulpinii, sugerând că și tulpinile tomatelor pot biosintetiza acești hormoni.
Translocarea citochininelor se face din rădăcină către organele aeriene, prin
xilem.
Biodegradarea citochininelor are loc în prezența citoch inin oxidazei, dar
inactivarea acestora se poate realiza și prin glucozilarea lanțului lateral sau prin glicozilarea azotului din nucleul purinic.
În cazul zeatinei s- au identificat ca produși intermediari de oxidare: 2,3 –
dihidroxidihidrozeatina și dihidrozeatina.
Principalele funcții fiziologice ale citochininelor sunt:
– Stimulează procesul de diviziune celulară.
– Valoarea mare a raportului citochinine/ auxine inițiază creșterea rădăcinilor.
– Inhibă senescența frunzelor.
– Stimulează germinarea semi nțelor
– Au acțiune antagonistă cu auxina în procesul de dominanță apicală.
– Stimulează sinteza antocianilor.
– Induc deschiderea stomatelor.
Acidul abscisic este o substanță hormonală ce inhibă procesul de creștere a
plantelor.
Acest hormon se acumul ează în muguri, semințe, bulbi, tuberculi etc. unde
determină starea de dormanță.
Biodegradarea acidului abscisic are loc pe cale oxidativă, cu formare de acid
fazeic și dehidrofazeic, care au activitate hormonală mult mai redusă. De asemenea, s- a
constata t că activitatea acestui hormon este micșorată prin conjugarea sa cu glucoza și
formarea de esteri.
Acidul abscisic se biosintetizează din acetil coenzima A, în ciclul mevalonat,
conform schemei din figura 1.18. Acidul abscisic se poate biosintetiza pe cal ea
zeaxantină – xantotoxină – acid abscisic, reacții catalizate de o dehidrogenază/ reductază
codificată de genele ABA 2. Sinteza acestui hormon poate fi stimulată de stresul osmotic și de etilenă.
Acidul abscisic se biosintetizează în rădăcini, frunze sen escente, în pericarpul
bacelor de Vitis etc. După Milborow (1984) acest hormon este biosintetizat aproape în toate celulele plantelor care conțin cloroplaste sau amiloplaste.
Translocarea acidului abscisic se face din rădăcină către organele aeriene
acrope tal prin xilem iar acidul abscisic sintetizat în frunzele senescente se translocă
bazipetal, prin floem.
Acidul abscisic este biodegradat pe două căi: prin conjugarea cu glucoză și
formarea de esteri și prin degradare oxidativă la acid fazeic și dehidrofazeic, cu activitate hormonală mai redusă.
După Finkelstein (2002) principalele funcții fiziologice ale acidului abscisic
sunt:
– Induce procesul de endodormanță.

– Inhibă intrarea în vegetație a semințelor și mugurilor.
– Inhibă procesul de creștere în condiții de stres hidric, asociat cu concentrații
mari de acid abscisic.
– Reglează procesul de sinteză a proteinelor și a lipidelor de rezervă.
– Induce toleranța semințelor la deshidratare.
Etilena este hormonul care stimulează procesul de maturare și de senescență și
care este biosintetizat în toate țesuturile plantelor.
Cantitatea de etilenă produsă de țesuturile vegetale variază cu specia și organul
analizat, între 0,01 și 700 ppm. În cazul unor fructe cum sunt merele, perele, caisele etc., cea mai mare cantitate d e etilenă este produsă în
perioada de maturare.
Pentru a putea induce
modificări metabolice în plante, concentrația etilenei trebuie să depășească o valoare minimă de prag. Aceasta variază în limite largi: 0,1 -5,0
ppm, în funcție de specie și de procesul p e care îl catalizează.
Mecanismul de acțiune al
etilenei se bazează în principal pe creșterea permeabilității membranelor plasmatice și ale organitelor celulare, care are efecte multiple asupra metabolismului celular: intensifică
procesele de oxidare, transportul intracelular, biodegradarea glucidelor, acizilor organici,
substanțelor pectice, clorofilei etc.
Etilena se biosintetizează din metionină (Adams și Yang, 1979), principalii
intermediari fiind S -adenozil metionina (SAM) și acidul 1 -ciclopropan- 1-carboxilic
(ACC), așa după cum rezultă din figura 1.19. Acest hormon poate fi biosintetizat și din alți compuși cum sunt: acidul linoleic, acidul linolenic, alanina, etanolul, etanul, acidul fumaric etc.
Biosinteza ACC- ului are loc în rădăcini, după care este transportat prin xilem în
organele aeriene, unde este convertit la etilenă (Woltering ș.a., 1995). Conversia ACC –
ului la etilenă are loc în mitocondrii, iar biosinteza etilenei din acizi grași este localizată la nivelul membranelor plasmatice (Diolez, 198 6).
Etilena fiind o hidrocarbură gazoasă este eliminată ușor în mediul ambiant, dar
poate fi transformată în oxid de etilenă sau poate fi încorporată în alte substanțe care sunt descompuse până la dioxid de carbon (Beyer, 1975).
Poliaminele după Davies (1988) au un efect hormonal fiind necesare pentru
creșterea plantelor, respectiv pentru diviziunea celulelor. Principalele poliamine sunt: putresceina, spermina, spermidina și cadaverina.
Poliaminele se biosintetizează ca și etilena în ciclul m etioninei, precursorul
acestora fiind S -adenozil metionina decarboxilată.

Biodegradarea poliaminelor se realizează prin dezaminarea oxidativă a grupului
amino terminal țn prezența diaminooxidazelor, cu formarea de aminoaldehide.
Rolul fiziologic al poliam inelor nu este bine precizat.
– Poliaminele stimulează creșterea plantelor dar au și rolul de a stabiliza
membranele plasmatice, de control a procesului de fosforilare a proteinelor nucleare, iar complexul ADN -spermină protejează ADN -ul de denaturare
(Galst on, 1983).
– Poliaminele stimulează diviziunea celulelor, creșterea rădăcinilor, inducția florală și stimulează formarea fructelor (Evans și Malmberg, 1989).
– Inițiază formarea tuberculilor.
– În condiții de stres, poliaminele intervin în diviziunea celulară, organogeneză
și senescență, în mod similar cu hormonii. Spermina stabilizează compoziția moleculară și păstrează integritatea tilacoidelor (Tiburco ș.a., 1994).
Acidul jasmonic se biosintetizează în condiții de stres osmotic, mecanic sau ca
urmare a acțiun ii elicitorilor (Turner ș.a., 2002), din acizii grași existenți în membranele
celulare. Produșii genelor DAD1 și PLD sunt fosfolipaza A1 și respectiv fosfolipaza D care catalizează reacțiile de biodegradare a fosfolipidelor membranale, cu eliberarea acizil or grași. Biodegradarea acizilor grași cu formarea de hidroxiperoxizi, este catalizată
de lipoxigenază, a cărei sinteză este codificată de genele LOX2. Hidroxiperoxizii acizilor grași sunt biodegradați la rândul lor de enzimele codificate de genele AOS, AO C, OPR3
și JMT, rezultând acid jasmonic (Saski ș.a., 2001).
Acidul jasmonic are rol hormonal, influențând numeroase procese fiziologice:
– Stimulează procesul de diferențiere, formarea rădăcinilor adventive, întreruperea
repausului vegetativ, maturarea și senescența fructelor, abscisia frunzelor, biodegradarea
clorofilei, respirația, biosinteza etilenei și reglează acumularea proteinelor de rezervă în semințe (Sembder și Parhier, 1993).
– Inhibă creșterea în lungime a rădăcinii, formarea micorizelor, embriogeneza,
germinarea semințelor, formarea mugurilor floriferi, biosinteza carotenilor și a clorofilei și inhibă expresia genelor implicate în fotosinteză.
– Activează expresia genelor implicate în sinteza proteinelor antifungice: tionin,
osmotin și induc e sinteza enzimelor implicate în formarea fitoalexinelor.
– Acidul jasmonic din frunzele de Solanum tuberosum poate fi convertit prin
hidroxilare și glucozilare în acid tuberinic -12-0--glucozid care se apreciază că i nduce
formarea tuberculilor.
Brassino steroizii sunt reprezentați în prezent de mai mult de 40 de substanțe
dintre care se menționează: campesteronul, castasteronul, teasteronul, tifasterolul și brassinolidul.
Principalele funcții ale hormonilor steroizi sunt următoarele:
– Hormonii brassinos teroizi determină expresia genelor care induc creșterea și
sunt implicați în diferențierea vaselor lemnoase (Yamamoto ș.a., 2001).
– Intensifică creșterea tubului polinic.
– Reorientează sensul de dispunere a microfibrilelor de celuloză.
– Intensifică sinteza etilenei și procesul de maturare a fructelor.
Acidul salicilic se presupune că se sintetizează din acidul trans- cinamic pe calea
acid benzoic, acid salicilic.

Acidul salicilic reprezintă un semnal transmis la distanță, prin floem, de la
țesuturile a fectate de patogeni, spre cele neafectate, pentru a stimula mecanismele de
rezistență la atacul microorganismelor patogene. Are rol de asemenea în transducția
ciclului de semnale legate de activarea genelor care codifică sinteza proteinelor legate de patogeneză.
Alte funcții fiziologice ale acidului salicilic sunt:
– Reduce rata de sinteză a etilenei.
– Întârzie senescența petalelor.
– Reglează procesul de termogeneză la unele specii floricole, prin trecerea la respirația cianidin sensibilă.
Alte substanțe cu rol hormonal , dar cu acțiune fiziologică mai redusă sunt:
tiamina, calorigenul, 3- pinolul și glicozizii acidului genistic. Un rol asemănător au
dihidroconiferolul, triacontanolul și un număr mare de fenoli.
RECEPTORII HORMONALI reprezintă molecule specializat e de care se leagă
hormonii, formând complexe hormoni – receptori, care reprezintă forma activă a acestora.
Aceasta determină formarea unui mesager secundar care poate fi: AMP, GMP, 1,2 -diacil
glicerol, inozitol 1,4,5- trifosfat, acid jasmonic sau ionii de calciu. Inozitol trifosfatul este
ușor solubil în apă și difuzează ușor în celule, determinând deschiderea canalelor de calciu, creșterea conținutului de calciu intracelular și formarea complexului calmodulin –
calciu.
Majoritatea receptorilor hormonali sunt situați în plasmalemă, care reprezintă
interfața dintre celulă și mediul ambiant, dar se găsesc receptori și în citoplasmă, nucleu și în organitele celulare.
Giberelinele și acidul abscisic, care au structură sterolică, pot străbate ușor
membranele fosfol ipidice, ajungând astfel la receptorii situați la nivelul organitelor
celulare.
Etilena singurul hormon în stare gazoasă, este moderat solubil în apă și străbate
ușor membranele plasmatice. Cealalți hormoni sunt insolubili în lipide, din care cauză trecere a prin membranele plasmatice se face mai greu, fiind necesară intervenția
transportorilor.
Problema receptorilor hormonali nu este pe deplin elucidată, dar se pot menționa
următoarele ipoteze:
– Ipoteza activării genelor , emisă de Thimann (1986) se bazează pe faptul că
auxinele determină biosinteza celulazelor. Ca urmare Thimann consideră că receptorii se găsesc la nivelul situsurilor de transcripție a ARN
m. După Hagen (1984) tratamentele cu
auxine efectuate la plantele de Glycine max, modifică expresia gen elor la nivelul
transcripției. Hardin și colab. (1970) susțin existența unor receptori hormonali pentru auxină la nivelul nucleului. Această ipoteză se bazează pe faptul că tratamentele cu auxine au determinat creșterea activității ARN -polimerazei.
Recept orul pentru auxină a fost identificat ca fiind o proteină denumită ABP1.
Jones (1994) a identificat gena ce codifică proteina APB -1 de 40 kDa din reticulul
endoplasmatic, care reprezintă receptorul pentru auxină. Această genă se găsește în cromozomul 3, în cazul plantelor de porumb. Receptorul pentru auxină a fost identificat
în plasmalemă, în complexul Golgi, în sistemul de endomembrane al reticulului endoplasmatic din celulele cu creștere rapidă aflate la baza coleoptilului și a frunzelor. În

nucleu s -a găsit o proteină cu greutatea moleculară de 65 kDa, care se presupune că este
un receptor pentru auxină. Acest receptor lipsește din tonoplast.
Genele AUX1 codifică sinteza unei auxin permeaze, iar proteina AtPIN1 cu
greutatea moleculară de 67 kDa este un transportor eflux pentru auxină.
– Ipoteza pompei de protoni susține prezența receptorilor pentru etilenă la nivelul
membranelor plasmatice. Această ipoteză se bazează pe faptul că tratamentele cu auxine
determină stimularea funcționării pompelor de protoni. Localizarea receptorilor pentru auxine la nivelul membranelor plasmatice din mezofilul frunzelor de Nicotiana tabacum a fost dovedită și de Barbier -Brygoo și colab. (1989). Mount și Chang (2002) au constatat
că etilena este percepută de o familie de receptori care au două componente similare: un
receptor serin/ treonin kinază și o proteină ce reglează răspunsul.
– Christoffersen și Laties (1982) afirmă că acțiunea etilenei este mediată de un
receptor de care se leagă. În felul acesta induce modificar i în expresia genelor (Smith și
Hall, 1984) care se caracterizează prin sinteza unui nou ARN
m și a unor noi proteine. Hall
și colab. (1990) au precizat existența unor receptori pentru etilenă în membranele reticulului endoplasmatic. Receptorul pentru etile nă a fost identificat ca fiind o proteină
cu greutatea moleculară de 79 kDa, denumită ETR1, care este corificată de genele etr1.
– În cazul citochininelor, încorporarea acestora în ARN
t, reprezintă modul
primar de reglare a diviziunii celulare. Mennes și colab. (1991) menționează că în semințele de cereale au fost identificați receptori ai citochininelor. Prin poziționarea
receptorilor la nivelul ribozomilor, citochininele pot influența biosinteza proteinelor, dar
nu se cunoaște încă mecanismul de acțiune. Recent a fost identificată o proteină
receptoare membranală denumită CKI1 cu greutatea moleculară de 125 kDa.
– Hooley și colab. (1990) apreciază că giberelinele au receptori specifici la
nivelul plasmalemei, de unde pot controla transcripția genelor și ni velul de ARNm care
codifică sinteza amilazelor (Jacobsen și Chandler, 1988).
– Pentru acidul abscisic s- au identificat receptori specifici în celulele stomatelor
de la specia Vicia faba (Hornberg și Weiler, 1984), prin intermediul cărora determină
închiderea stomatelor (Curvetto, 1982).
Interacțiunea dintre hormoni . În general, hormonii nu acționează individual,
în țesuturile plantelor, rezultatul acțiunii lor comune fiind dependent de relațiile dintre
hormoni (antagonism sau sinergism) și de raportul cantitativ dintre aceștia.
Scott (1984) a precizat existența unor relații de antagonism între etilenă și
gibereline sau citochinine, în producerea senescenței fructelor. Relații de antagonism s -au
constatat și între acidul abscisic și kinetine, în cazul alung irii coleoptilului (Khan și
Downing, 1968) .
Relații de sinergism s -au constatat între kinetină și auxină, în procesul de
biosinteză a etilenei.
Schimbarea raportului cantitativ dintre hormonii stimulatori și cei inhibitori, stă
la baza mecanismului de declanșare a procesului de maturare a fructelor și a procesului de dormanță (Scott, 1984).
Răspunsul la acțiunea hormonilor nu poate fi explicată de modificarea
concentrației acestora, deoarece aceste modificări sunt relativ mici (Trewavas și Jones, 1981). După Davies (1988) răspunsul la acțiunea hormonilor se datorează în principal modificării sensibilității țesuturilor la acțiunea acestora.

Timpul de răspuns la acțiunea hormonilor, adică viteza de reacție a țesuturilor
la aplicarea hormonilor este diferită. Unele reacții de răspuns sunt foarte rapide,
desfășurându -se în câteva secunde sau minute. Un astfel de exemplu îl reprezintă
închiderea stomatelor ca urmare a tratamentelor cu acid abscisic.
Închiderea stomatelor în condiții de stres hidric, se datorează creșterii
concentrației de acid abscisic din aceste celule de 15 – 50 ori, în 4 – 8 ore (Walton, 1988).
Viteză de reacție mare se constată și în cazul extensiei celulare, determinată de
tratamentele cu auxină.
În cazul altor reacții declanșate de hormoni, timpul de răspuns poate fi mare: ore
sau zile. Un astfel de exemplu îl constituie biosinteza amilazelor ca urmare a
tratamentelor cu gibereline.
Funcțiile fiziologice ale hormonilor . Rezultatele cercetărilor din acest domeniu
au fost rezumate în numeroase lucrări de specialitate de către: McMillan (1980), Scott
(1984), Pharis și Reid (1985), Dofflinger (1984), Wilkins (1985), Purohit (1985,1987) etc.
În afară de efectul specific pe care îl au hormonii asupra procesului de creștere și
maturare, aceștia infl uențează și numeroase alte procese așa după cum rezultă din datele
prezentate în tabelul 1.
Tabelul 1. Efectele fiziologice ale hormonilor
Efectul fiziologic Auxină Gibereline Etilenă Citochinine Acid
abscisic
Diviziunea celulelor + + +
Extensia c elulelor + + – – –
Creșterea mugurilor laterali – + + +
Creșterea frunzelor +, – +, – + –
Formarea rădăcinilor + +, – + –
Căderea frunzelor – + + +
Formarea florilor mascule + +
Formarea florilor femele + +
Creșterea fructelor + + + +
Dormanța semințelor +
Senescența + +
Mișcări (tropisme) + + +
Fructe partenocarpice + + +
Maturarea fructelor – + + +
Abscisia fructelor – + + +
Formarea nodozităților + +
Germinarea semințelor + + – + –
Inhibarea degradării
clorofile i +
Deschiderea stomatelor + –
Transportul asimilatelor + +
Formarea tuberculilor – – +
Inducția florală – +
+ efect stimulator; – efect inhibitor; + , – efect dependent de specie.

TEMATICA PENTRU REFERATUL LA “STRESU L ABIOTIC LA PLANTE”

Tema 1. Stres abiotic. Surse și mecanisme de recepționare a factorilor de stres. Semnalizare
intracelulară. Rolul hormonilor.

Tema 2. Stresul hidric. Seceta. Efectul secetei la nivel celular. Efec tul secetei asupra proceselor
fiziologice din plantă. Adaptarea plantelor. Semnificația ecologică și modalități de creștere a
toleranței la secetă.
Tema 3. Stresul hidric. Excesul de apă. Efectul său asupra pricipalelor proceselor fiziologice:
absorbție, transport, eliminare; fotosinteză și respirație; creștere și dezvoltare. Adaptare și
semnificație ecologică.
Tema 4. Nutriția minerală . Deficit de săruri minerale – efecte la nivel celular și asupra
proceselor biochimice și fiziologice. Importanța micoriz elor.
Tema 5. Stresul salin – efecte la nivel celular: compartimentare, reglarea concentrației,
transport membranal. Efecte asupra metabolismului plantei. Toxicitate și toleranță.
Mecanismele moleculare ale adaptării la stresul salin. Fitoremediere. Semni ficație ecologică.

Tema 6. Radiația solară – componente și efecte. Efectul caloric. Stresul termic – efectul
temperaturilor ridicate la nivel celular. Efectul temperaturilor ridicate asupra
metabolismului. Mecanisme adaptative, toleranță și rezistență la temperaturi ridicate.
Termoprotecția.

Tema 6 ’. Radiația solară – componente și efecte. Stresul termic – efectul temperaturilor coborâte
la nivel celular.
Temperaturi critice și de îngheț . Efectul temperaturilor critice și de îngheț asupra
metabolismului. Toleranță și rezistență la temperaturi scăzute.
Semnificație ecologică.

Tema 6 ’’. Radiația solară – componente și efecte. Efectul intensității luminii. Plante ombrofile și
heliofile. Umbr irea temporară și de lungă durată – efecte la nivel celular și asupra proceselor
fiziologice. Mecanisme de adaptare.

Tema 6 ’’’. Radiația solară – componente și efecte. Insolația – efectul asupra procesului de
fotosinteză. Fotoinhibiția. Fotoremedierea. Ad aptarea plantelor de umbră la intensități
luminoase ridicate. Efectul radiațiilor UV. Semnificație ecologică.

Tema 7. Atmosfera – componente, factori de stres. Efectul concentrațiilor ridicate de CO
2, CO,
SO 2, O 3, NO 2, NO la nivel celular și al proceselor fiziologice.
Stres oxidativ. Mecanisme de adaptare. Efectul anoxiei și mecanisme de adaptare.

Tema 8. Alelopatia. Acțiunea fiziologică a substanțelor alelopate. Semnificație ecologică și
mecanisme de adaptare.
Tema 9. Stresul multiplu. Răspunsul integ rat al plantelor la stres multiplu. Modelarea creșterii
plantelor.