Auksinai: ką reikia žinoti apie augalų hormonus (IAA)

Auksinai (IAA): kas tai per augalų hormonai, kaip jie valdo augimą, jų istorija, sinteziniai analogai ir praktinis panaudojimas – aiškiai ir suprantamai.

Auksinai - tai augalų hormonų (arba augalų augimo medžiagų) klasė, pasižyminti į morfogenus panašiomis savybėmis. Auksinams tenka pagrindinis vaidmuo koordinuojant daugelį augimo ir elgsenos procesų augalo gyvavimo cikle: jie reguliuoja ląstelių augimą ir ilgėjimą, šaknų bei ūglių formavimąsi, tropizmus (pavyzdžiui, fototropizmą ir gravitropizmą), vazalinių audinių diferenciaciją ir lateralinių šaknų susidarymą. Auksinai būtini augalo embrioninei vystymuisi, organų modeliavimui ir regeneracijai bei dalyvauja sudėtingame signalų tinkle, sąveikaudami su kitais horminais (citokininais, giberelinais, etileno ir kt.).

Auksinus ir jų vaidmenį augalų augimui pirmą kartą aprašė olandų mokslininkas Fritsas Warmoltas Wentas. Kenneth V. Thimann išskyrė auksiną ir nustatė, kad jo cheminė struktūra yra indol-3-acto rūgštis (IAA). 1937 m. Wentas ir Thimannas kartu parašė knygą apie augalinius hormonus "Fitohormonai". Šie istoriniu požiūriu reikšmingi darbai padėjo suprasti, kaip auksino gradientai ir judėjimas lemia augalo morfogenezę.

Sintezė ir lokalizacija

Pagrindinis natūralus auksinas – indol-3-acto rūgštis (IAA) – sintetinamas daugiausia jaunose, besivystančiose augalo dalyse: ūglių viršūnėse (apikalinis meristemas), besiformuojančiuose lapuose ir besivystančiuose vaisiuose. IAA biosintezė vyksta iš aminorūgšties triptofano per kelis tarpininkus. Auxinai taip pat gali būti konjuguojami su cukrumi ar aminorūgštimis (saugojimui arba inaktyvavimui) ir dekonjuguojami pagal augalo poreikį.

Transportas

Auksinų judėjimas augale yra labai reguliuojamas ir dažnai poliarus (vienos krypties). Poliarus auksinų transportas (ypač stiebuose) vyksta basipetaliai (nuo apikalo link bazės) ir yra tarpininkaujamas specifinių transporterių:

• AUX/LAX – į influx (į ląstelę) nukreipti transporteriai;
• PIN baltymų šeima – efliuksiniai (iš ląstelės) transporteriai, kurių ląstelės paviršiuje lokalizacija nustato auksino srauto kryptį;
• ABCB/PGP transporteriai – dalyvauja auksino efekliuose ir stabilizacijoje.

PIN baltymų perorientavimas ląstelės plazminėje membranoje yra vienas iš būdų, kaip augalai greitai keičia auksino srautus, pavyzdžiui, reaguodami į šviesos ar gravitacijos signalus.

Mechanizmas ir molekulinė signalizacija

Auksinai veikia dviem pagrindiniais būdais:

• Greitos fiziologinės reakcijos: auksinas stimuliuoja plazminės membranos H+-ATPazių (protonų siurblių) aktyvumą, sumažina pH ląstelės sienelėje ir aktyvina ekspanzinus bei kitus sienelės srities fermentus, kas leidžia ląstelei extensuotis (acid growth hipotezė).
• Genų reguliavimas: auksinas prisijungia prie receptorių TIR1/AFB, kurie veikia kaip dalis SCF E3 ubikvitino ligazės komplekso. Prisijungus auksinui, iš ikirepresorių (Aux/IAA) yra pašalinami – jie ubikvitinuojami ir suyra, todėl ARF (Auksino atsakas faktoriai) gali aktyvuoti arba slopinti auksinui jautrių genų ekspresiją.

Fiziologiniai efektai

Pagrindinės auksinų funkcijos ir poveikiai:

• Apikalinė dominavimas – augalo viršūnės auksinai slopina lateralinių pumpurų augimą; pašalinus apikalą, sumažėja auksino koncentracija ir šoniniai pumpurai pradeda augti.
• Tropizmai – auksino pasiskirstymas lapuose ir stiebuose lemia fototropizmą (šviesos link linkimą) ir gravitropizmą (azartą į žemės trauką), nes kitoje organo pusėje susikaupia daugiau auksino, kas paveikia ląstelių ilginimąsi.
• Šaknų ir šaknelių formavimas – auksinai skatina adventivinių šaknų formavimąsi ir yra plačiai naudojami ūglių šaknėjimui sodinukų ruošime.
• Ląstelių diferenciacija ir kraujagyslių audinių formavimas – auksinas dalyvauja ksenomos ir xilemos vystymesi.
• Reguliacija sėklų daigumo, vaisiaus brandinimo ir abscizijos procesų, papildo kitų hormonų poveikį.

Sintetiniai auksinai ir praktinis panaudojimas

Yra daug sintetinių auksinų ir auksinų analogų, naudojamų žemės ūkyje ir tyrimuose. Pavyzdžiai: NAA (naftilo acto rūgštis), 2,4-D, 2,4,5-T, IBA (indol-3-butirato rūgštis). Kai kurie sintetiniai auksinai mažomis koncentracijomis skatina šaknų formavimąsi (naudojami augalų persodinime ir audinių kultūrose), o didelėmis dozėmis veikia kaip herbicidai – jie trikdo augalo hormoninį balansą ir sukelia nenormalią augimo reakciją, vedančią prie augalo žūties.

„Agent Orange“ yra sintetinių auksinų mišinys (pagrinde 2,4-D ir 2,4,5-T), kuris istorijoje buvo panaudotas herbicidui. Svarbu paminėti, kad vienas iš 2,4,5-T gamybos nepageidaujamų produktų gali būti TCDD (2,3,7,8-tetraklorodibenzodioksinas) – labai toksiška dervinė dioxino forma, susijusi su dideliais aplinkos ir sveikatos pavojais. Dėl tokių rizikų daugelio toksinių preparatų naudojimas buvo apribotas arba nutrauktas.

Inhibitoriai ir tyrimų priemonės

Norint tirti auksino vaidmenį, naudojami specifiniai inhibitoriai (pvz., NPA – N-1-naftilftalamido), fluorescenciniai reporteriai (pvz., DR5::GUS arba DR5::GFP) ir pažangios analizės metodikos (masinė spektrometrija auksino kiekiui nustatyti). Genetiniai tyrimai su PIN, AUX/LAX, TIR1/AFB, Aux/IAA ir ARF mutantais labai išplėtė supratimą apie auksino transportą ir signalizaciją.

Saugumas ir aplinkos aspektai

Sintetiniai auksinai, nors naudingi žemės ūkyje, gali sukelti nepageidaujamų pasekmių aplinkai ir žmonių sveikatai, ypač jei gamybos metu arba netinkamai naudojant susidaro toksiški tarpiniai produktai (pvz., dioxinai). Todėl būtina laikytis saugos normų, teisingo dozių parinkimo ir reguliavimo reikalavimų.

Apibendrinant: auksinai (pvz., IAA) yra pagrindiniai augalų reguliatoriai, kontroliuojantys daugelį vystymosi procesų per sudėtingą sintezės, transporto ir genų reguliacijos tinklą. Supratimas apie jų molekulines veikimo mechanikas leidžia pritaikyti šią informaciją tiek fundamentaliems moksliniams tyrimams, tiek praktiniam naudojimui horticultūroje ir žemės ūkyje.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra auksinai?

K: Koks auxinų vaidmuo augalų augime?

K: Kas pirmasis aprašė auksinų vaidmenį augalų augimui?

K: Kas išskyrė auksiną ir nustatė, kad jo cheminė struktūra yra indolo-3-acto rūgštis (IAA)?

K.: Ar Wentas ir Thimannas kartu parašė knygą apie augalų hormonus?

K: Ar yra sintetinių auksinų?

K: Ar sintetiniai auksinai gali būti naudojami kaip herbicidai?

Paieška pagal raidę