Informations sur les brassinolides: comment fonctionnent les brassinolides dans les usines

Informations sur les brassinolides: comment fonctionnent les brassinolides dans les usines

Par: Darcy Larum, paysagiste

C’est un dilemme classique, tout le monde veut de gros fruits et légumes frais du jardin, impeccables et succulents, mais nous ne voulons pas déverser des engrais chimiques, des pesticides, etc. dans nos jardins pour nous assurer d’obtenir les meilleurs rendements. Bien qu'il existe de nombreux insecticides et fongicides à base de plantes biologiques, tels que l'huile de neem et les produits à base de pyrèthre, ceux-ci peuvent encore potentiellement nuire à certains insectes bénéfiques, comme les abeilles domestiques, s'ils ne sont pas utilisés correctement. Cependant, les stéroïdes brassinolide sont également des produits naturels à base de plantes qui peuvent renforcer la résistance d’une plante sans aucun effet secondaire nocif sur l’environnement. Qu'est-ce qu'un stéroïde brassinolide? Continuez à lire pour la réponse.

Informations sur le brassinolide

Les scientifiques font des recherches sur les stéroïdes brassinolide depuis des années comme engrais naturel, principalement pour les plantes agricoles. Les stéroïdes brassinolide, également connus sous le nom de brassinostéroïdes, sont des hormones végétales naturelles qui régulent la croissance, le développement et l'immunité d'une plante. L'hormone est produite naturellement, au besoin, pour aider les plantes à pousser, à créer du pollen, à faire naître des fleurs, des fruits et des graines et à résister aux maladies ou aux ravageurs.

Les stéroïdes de type brassinolide d'origine naturelle se trouvent dans presque toutes les plantes, algues, fougères, gymnospermes et angiospermes. On le trouve dans les concentrés les plus élevés du pollen, des graines immatures, des fleurs et des racines des plantes.

La découverte originale et la recherche sur le brassinolide ont été faites avec des plantes de colza (Brassica napus). L'hormone brassinolide a été isolée et extraite. Il a ensuite été introduit dans d’autres plantes par différentes méthodes pour étudier l’effet que les hormones supplémentaires auraient sur la croissance et la résilience des plantes d’essai. Les résultats ont été des plantes plus grandes et plus saines qui ont montré une plus grande résistance aux ravageurs, aux maladies, à la chaleur extrême, à la sécheresse, au froid extrême, aux carences en nutriments et au sel.

Ces plantes d'essai ont également produit des rendements plus élevés de fruits ou de graines, et la chute des boutons floraux et la chute des fruits ont été diminuées.

Comment fonctionnent les brassinolides dans les plantes?

Les stéroïdes brassinolide n'affectent que les plantes dans lesquelles ils se trouvent. Ils ne laissent aucun résidu qui peut s'écouler dans la nappe phréatique et ils ne nuisent ni ne tuent les insectes, animaux ou humains qui consomment les plantes. Nous avons tous vu beaucoup de films de science-fiction où une hormone végétale ou un engrais crée de puissantes plantes ou insectes mutants, mais les hormones de brassinolide indiquent simplement à une plante sa taille et la quantité de graines ou de fruits à produire, tout en stimulant la plante. immunité et résistance. Ils sont administrés aux plantes à des doses naturelles de manière naturelle.

Aujourd'hui, les stéroïdes brassinolide sont principalement utilisés dans les champs agricoles cultivant des céréales. Ils sont disponibles pour les consommateurs sous forme de poudre ou de liquide. Les hormones végétales du brassinolide peuvent être utilisées pour inoculer les graines avant la germination afin d'accélérer le processus. Ils peuvent également être arrosés dans les racines des plantes ou utilisés comme alimentation foliaire.

Cet article a été mis à jour pour la dernière fois le

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Éditeur de numéros spéciaux

Les terpènes et terpénoïdes dérivés, également connus sous le nom d'isoprénoïdes, constituent la plus grande classe de métabolites secondaires végétaux, avec des fonctions de base dans la croissance et le développement, et des rôles plus spécialisés dans les interactions plante-environnement, la résistance / tolérance aux stress environnementaux et la défense contre les prédateurs et les agents pathogènes . De plus, de nombreux terpénoïdes auraient des propriétés antimicrobiennes, anti-inflammatoires et antioxydantes, ce qui les rend d'un grand intérêt dans le domaine médical. De plus, ils sont largement utilisés comme composés aromatisants naturels dans les industries alimentaires et des parfums, et plus récemment, comme source de biocarburants.

Leur biosynthèse peut être constitutive ou provoquée / renforcée par des stress biotiques ou abiotiques et commence par la synthèse du précurseur à cinq carbones, l'isopentényl diphosphate (IPP), et de son isomère, le diméthylallyl diphosphate (DMAPP). Grâce aux condensations répétées de ces unités à cinq carbones par les prényltransférases, au réarrangement par les terpènes synthases et aux réactions de cyclisation, les différentes classes de terpénoïdes sont produites: isoprène C5, monoterpénoïdes C10, sesquiterpénoïdes C15, diterpénoïdes C20, sesterterpénoïdes C25, triterpénoïdes C30, tétrépénoïdes C30 C> 40 polyterpénoïdes.

Ce numéro spécial sera consacré à l'étude des différents types de terpènes et terpénoïdes dans les plantes. En particulier, nous invitons des manuscrits sur la biosynthèse, la régulation et les fonctions / applications des terpénoïdes chez les plantes. Toutes les études, y compris les articles de recherche et les revues liés à ces éléments, seront considérées pour publication.

Dr Isabel Nogués
Éditeur invité

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Les manuscrits doivent être soumis en ligne sur www.mdpi.com en vous inscrivant et en vous connectant à ce site Web. Une fois inscrit, cliquez ici pour accéder au formulaire de soumission. Les manuscrits peuvent être soumis jusqu'à la date limite. Tous les articles seront évalués par des pairs. Les articles acceptés seront publiés en continu dans la revue (dès qu'ils auront été acceptés) et seront répertoriés ensemble sur le site Web du numéro spécial. Des articles de recherche, des articles de synthèse ainsi que de courtes communications sont invités. Pour les articles prévus, un titre et un court résumé (environ 100 mots) peuvent être envoyés au bureau de rédaction pour annonce sur ce site Web.

Les manuscrits soumis ne doivent pas avoir été publiés auparavant, ni être envisagés pour publication ailleurs (à l'exception des actes de conférence). Tous les manuscrits sont soigneusement évalués dans le cadre d'un processus d'examen par les pairs en simple aveugle. Un guide pour les auteurs et d'autres informations pertinentes pour la soumission de manuscrits sont disponibles sur la page Instructions aux auteurs. Les plantes est une revue mensuelle internationale en libre accès à comité de lecture publiée par MDPI.

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Résumé

  • La croissance et le développement des plantes sont hautement coordonnés par les hormones, y compris le brassinostéroïde (BR) et la gibbérelline (GA). Bien que de nombreux progrès aient été réalisés dans la compréhension de la transduction de signalisation fondamentale dans BR et GA, leur relation reste insaisissable dans le riz.
  • Ici, nous montrons que BR supprime le niveau d'OsmiR159d, ce qui clive la cible OsGAMYBL2 gène. L'OsmiR159d‐OsGAMYBL2 paire fonctionne comme un premier module réactif BR régulant l'expression de BU1, un gène régulé par le BR impliqué dans la signalisation du BR, et CPS1 et GA3ox2, deux gènes dans la biosynthèse de GA, en se liant aux promoteurs de ces gènes.
  • De plus, OsGSK2, un acteur négatif clé de la signalisation BR, interagit avec OsGAMYBL2 et empêche sa dégradation sous traitement à 24 épibrassinolide, tandis que SLR1, une protéine DELLA de riz régulant négativement la signalisation GA, interagit avec OsGAMYBL2 et empêche OsGAMYBL2 de se lier à la cible. promoteur de gène. La signalisation GA induit une dégradation d'OsGAMYBL2 et, par conséquent, améliore la signalisation BR.
  • Ces résultats démontrent qu'un module réactif BR agit comme un composant commun fonctionnant à la fois dans les voies BR et GA, qui relie la signalisation BR et la biosynthèse GA, et coordonne ainsi la régulation de BR et GA dans la croissance et le développement des plantes.


DISCUSSION

Nos études fournissent des preuves substantielles du rôle de CDC2b dans la régulation de l'élongation des cellules hypocotyliques et du développement des cotylédons chez les plantules d'Arabidopsis à croissance sombre. Tout d'abord, nous avons déterminé que le modèle d'expression de CDC2b est cohérent avec un rôle dans la régulation de l'allongement de l'hypocotyle dans l'obscurité, car son expression temporelle précède juste les changements du taux d'allongement des plants. Deuxièmement, l'inhibition antisens de CDC2b l'expression a entraîné de courtes cellules hypocotyliques et des cotylédons ouverts et élargis. Troisièmement, l'inhibition de CDC2b L'expression a également entraîné un blocage du verdissement chez les semis à croissance sombre, probablement en raison du développement anormal des amyloplastes au lieu des étioplastes. Par conséquent, nos données indiquent une fonction physiologique pour CDC2b, une nouvelle sous-famille de gènes liés à la kinase dépendants du cycle cellulaire et unique aux plantes.

CDC2b et croissance des semis d'Arabidopsis

Il a été rapporté que les hypocotyles d'Arabidopsis sont composés de 22 à 26 cellules lorsqu'ils sont cultivés à la fois dans la lumière et dans l'obscurité (Miséra et al., 1994 Gendreau et al., 1997). Lors de l'élongation de l'hypocotyle, seules quelques divisions cellulaires se produisent, et donc la croissance est essentiellement due à l'élongation des cellules de l'hypocotyle. Des études approfondies antérieures ont clairement établi que l'élongation des cellules hypocotyliques est régulée par de nombreux facteurs, y compris la lumière et les hormones végétales (von Arnim et Deng, 1996 Chory et Li, 1997). En outre, les études de mutation des composants de signalisation dans les voies lumineuses et hormonales ont révélé leur implication spécifique dans la régulation de l'élongation des cellules hypocotyliques, mais le rôle des gènes liés au cycle cellulaire n'a guère été étudié. Surexpression du CDC2a Le gène à la fois dans Arabidopsis et dans le tabac n'a aucune influence détectable sur la taille des cellules hypocotyliques (Hemerly et al., 1995). Une construction dominante-négative du CDC2a gène a entraîné une hypertrophie des cellules épidermiques dans le tabac transgénique, mais la morphologie globale de la plante n'a pas été affectée en grande partie. Il a donc été suggéré que CDC2a peuvent être strictement impliqués dans le contrôle du cycle cellulaire et ne peuvent pas réglementer des programmes morphologiques ou de développement spécifiques. Cependant, nos résultats indiquent un rôle de CDC2b dans la régulation de l'élongation de l'hypocotyle, de l'élargissement du cotylédon et de la formation du crochet apical.

Effet des phytohormones sur le phénotype du CDC2b Semis transgéniques antisens.

(UNE) Semis étiolés âgés de 7 jours cultivés sur une plaque GM. De gauche à droite, contrôle transgénique (TA7002–LUC) semis et quatre représentants CDC2b semis antisens transgéniques (lignées 6, 7, 22 et 28, respectivement).

(B) Mêmes lignes de semis que celles illustrées dans (UNE), avec 1 μM GA4.

(C) Mêmes lignes de semis que celles illustrées dans (UNE), avec 0,1 μM de brassinolide.

(RÉ) Mêmes lignes de semis que celles illustrées dans (UNE), avec 1 μM DEX.

(E) Mêmes lignes de semis que celles illustrées dans (B), avec 1 μM DEX.

(F) Mêmes lignes de semis que celles illustrées dans (C), avec 1 μM DEX.

Des phytohormones aux concentrations indiquées ont été ajoutées à des plaques GM avec ou sans 1 μM DEX. Les semis ont été cultivés pendant 7 jours dans l'obscurité totale. Tous les plants ont été photographiés au même grossissement. Grossissement × 1,8 de l'original.

Analyse histochimique de l'effet du brassinolide sur le CDC2b Modèle d'expression génique.

(UNE) Schéma de coloration GUS de CDC2b promoteur–GUS plants transgéniques cultivés sous lumière blanche pendant 7 jours.

(B) Pareil que (UNE), avec 0,1 μM de brassinolide.

(C) Schéma de coloration GUS de CDC2b promoteur–GUS plants transgéniques cultivés dans l'obscurité pendant 7 jours.

(RÉ) Pareil que (C), avec 0,1 μM de brassinolide.

CDC2bles gènes apparentés sont fortement exprimés dans les cellules en division des méristèmes et également dans la région crochet des semis étiolés (Fobert et al., 1996 Segers et al., 1996). Tandis que CDC2b l'expression dans les cellules en division indique un rôle possible dans certains aspects de la régulation du cycle cellulaire, son expression dans les cellules hypocotyles impliquerait un rôle dans le développement de l'hypocotyle. La cellule hypocotyle se divise rarement, bien que la plupart de ses cellules passent par un à trois cycles d'endoréduplication de l'ADN (Gendreau et al., 1998). L'absence d'effet de CDC2b expression antisens sur l'endoréduplication des cellules hypocotyliques (figure 5C) indique que CDC2b n'est pas responsable de la promotion de l'endoréduplication de l'ADN. Il y a au moins deux explications sur la façon dont CDC2b pourrait réguler l'élongation des cellules hypocotyliques et le développement des cotylédons. Le premier est que CDC2b joue un rôle direct dans la régulation de l'élongation des cellules hypocotyliques ou de l'expansion des cellules cotylédoniques, qui est indépendante de son rôle putatif dans la régulation du cycle cellulaire. Le fait que CDC2b ne possède pas le domaine PSTAIRE conservé responsable de l'association de la cycline et qu'il n'ait été trouvé que dans les plantes serait cohérent avec cette possibilité. L'autre possibilité est que CDC2b est impliqué dans la régulation d'une phase spécifique du cycle cellulaire et / ou de l'organisation spatiale globale des chromosomes, ce qui est essentiel pour l'élongation des cellules hypocotyliques et le développement des cotylédons. Le fait que CDC2b les lignées antisens présentaient une coloration d'ADN nucléaire moins compacte étaye cette notion. De toute évidence, une enquête future est nécessaire pour différencier ces possibilités.

Analyse fluorométrique de l'effet du brassinolide sur le CDC2b Modèle d'expression génique.

L'activité GUS a été mesurée pour quantifier le niveau d'expression du CDC2b gène en utilisant le 4-méthylumbelliféryl β-d-glucuronide comme substrat. L'expérience a été répétée trois fois et les valeurs moyennes sont représentées par des barres d'erreur indiquant ± sd. –BR WL, un CDC2b promoteur–GUS semis transgénique cultivé sous lumière blanche pendant 7 jours + BR WL, idem avec 0,1 μM de brassinolide –BR D, a CDC2b promoteur–GUS plantule transgénique cultivée dans l'obscurité pendant 7 jours + BR D, idem avec 0,1 μM de brassinolide.

CDC2b et croissance régulée par la lumière

Fait intéressant, les plants exprimant un antisens CDC2b présentait également des cotylédons ouverts et élargis et aucun crochet apical dans l'obscurité. La microscopie électronique à balayage a indiqué que les semis antisens cultivés dans l'obscurité cultivés en présence de DEX ont des cellules épidermiques plus grosses, et il ne semble y avoir aucune augmentation notable du nombre de cellules en raison de la division cellulaire. Bien que ces altérations puissent d'une certaine manière être décrites comme un développement photomorphogénétique partiel dans l'obscurité, il existe cependant quelques caractéristiques clés différentes du développement photomorphogénétique. Premièrement, il y a très peu de différence dans la maturation des cellules stomatiques des plants antisens cultivés en présence de DEX par rapport à ceux des plants de type sauvage ou antisens non induits. Cependant, chez les semis cultivés à la lumière, le développement des cellules stomatiques est beaucoup plus avancé. Deuxièmement, le développement d'amyloplastes dans les cotylédons de semis antisens cultivés dans l'obscurité cultivés en présence de DEX est différent du développement de chloroplastes chez les semis cultivés à la lumière. Ce dernier résultat implique un rôle pour CDC2b dans le maintien d'un modèle de différenciation plastidique approprié dans les plantes en développement. Par conséquent, le phénotype cotylédon dans les lignées antisens fournit un meilleur indicateur que le phénotype hypocotyle pour montrer la différence dans la fonction CDC2b et le développement déclenché par la lumière. Nos données semblent indiquer que la conséquence de l'inhibition CDC2b l'expression dans les semis cultivés dans l'obscurité est distincte du développement photomorphogénétique déclenché par la lumière.

Le développement des amyloplastes dans les semis antisens cultivés dans l'obscurité en présence de DEX impliquait également que la différenciation des plastes pouvait être découplée des autres processus de développement. À notre connaissance, l'élargissement des cotylédons dans les plantules de croissance sombre accompagnée d'un développement d'amyloplaste dans les cellules des cotylédons n'a pas été rapporté auparavant. De toute évidence, CDC2b joue un rôle essentiel en assurant la coordination des programmes de développement de la croissance cellulaire plastidique et globale. Dans certaines plantes dicotylédones, les amyloplastes, utilisés pour le stockage de l'amidon, sont présents dans les cotylédons des graines matures, mais ils sont rapidement convertis en étioplastes dans l'obscurité ou en chloroplastes à la lumière pendant la croissance des plantules. Il est donc possible que l'inhibition de CDC2b l'expression a empêché les amyloplastes d'être convertis en étioplastes pendant la croissance des plantules dans l'obscurité. De plus, parce que seuls les amyloplastes se trouvent dans les antisens de couleur sombre CDC2b-exprimant des semis, on s'attend à ce que certains des amyloplastes soient également probablement dérivés des proplastides dans les cotylédons. Comme mentionné ci-dessus, il serait intéressant de savoir s'il s'agit d'une fonction CDC2b indépendante de la régulation du cycle cellulaire ou d'une conséquence indirecte de son rôle dans la régulation d'un aspect spécifique de la progression du cycle cellulaire chez les semis cultivés dans l'obscurité.

Relation entre CDC2b et l'action des hormones végétales

Les brassinolides et les gibbérellines sont des phytohormones efficaces pour réguler l'élongation de l'hypocotyle (von Arnim et Deng, 1996 Chory et Li, 1997). Plusieurs mutants ont été isolés avec un phénotype court-hypocotyle dans l'obscurité. Certains de ces mutants peuvent être sauvés par l'ajout de brassinolide, le produit final de la biosynthèse des brassinolides, et se sont avérés affectés dans la biosynthèse des brassinolides (Chory et Li, 1997). Les mutants de la gibbérelline ont également un phénotype nain (Peng et al., 1997). Bien que l'application de gibbérelline ait eu très peu d'effet, le brassinolide peut provoquer un allongement de l'hypocotyle du CDC2b semis antisens en présence de DEX. De plus, l'induction de CDC2b l'expression par le brassinolide dans les semis de culture sombre indique que CDC2b agit en aval du brassinolide. Cependant, comme le brassinolide ne peut pas complètement sauver le phénotype court-hypocotyle des semis transgéniques traités au DEX en titrant l'ARN antisens, il est possible que le brassinolide ne soit qu'une partie du système de régulation contrôlant CDC2b expression. De l'observation que le brassinolide induit CDC2b expression génique uniquement dans l'obscurité, il peut y avoir des voies de régulation qui permettent d'induire CDC2b gène à la lumière. Néanmoins, cela semble être un nouveau rapport d'un gène dont l'expression est contrôlée par le brassinolide. Il serait intéressant de découvrir comment le CDC2b est régulé par le brassinolide et par la lumière.


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Keywords : plant hormones, brassinosteroids, signaling, crosstalk, development

Citation: Saini S, Sharma I and Pati PK (2015) Versatile roles of brassinosteroid in plants in the context of its homoeostasis, signaling and crosstalks. Front. Plant Sci. 6:950. doi: 10.3389/fpls.2015.00950

Received: 13 August 2015 Accepted: 18 October 2015
Published: 04 November 2015.

Soren K. Rasmussen, University of Copenhagen, Denmark

Xia Wu, University of Washington, USA
Mats Hansson, Lund University, Sweden

Copyright © 2015 Saini, Sharma and Pati. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.


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