LES CYTOKININES. 1962: la molécule active du lait de coco a les caractéristiques d une base nucléique, l adénosine (base purique)

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1 LES CYTOKININES Les cytokinines (kutos, cellule; kinein, mouvoir, au sens de séparer) sont nécessaires à la division de cellules 1941: Blakeslee, essaie de créer des hybrides entre différentes espèces de Datura, les embryons immatures meurent. L utilisation de lait de coco (un albumen liquide) permet de les faire développer in vitro 1948: le lait de coco, l extrait d albumen de maïs activent la prolifération plus que l auxine et permet la culture de tissus ne répondant pas à l auxine 1962: la molécule active du lait de coco a les caractéristiques d une base nucléique, l adénosine (base purique) Indépendamment Skoog et Miller 1957, montrent que les produits de dégradation de l ADN stimulent la prolifération. Isolement Zéatine d albumen de maïs (1963), ribosyl zéatine de lait de coco La carotte et les hybrides N.Glauca/N.Langsdorffii ont de fort taux de cytokinines endogènes

2 Synthétique À partir de l autoclave de l ADN 1ère découverte synthétique

3 Biosynthèse de novo des cytokinines Isopentényle transférase ( Spécifique de la synthèse des cytokinines pas encore purifiée à homogénéité, Agrobactérium, gène ipt ) Hémiterpène diphosphate Trans hydroxylation Très rapide E pas identifiée déphosphorylation hydrogénase clivage * * * Activité biologique * * En majorité dans certains légumineux

4 Dégradation des cytokinines par oxydation cytokinine oxydase La kinétine est beaucoup plus résistante à la dégradation par la cytokinine oxydase que les cytokinines naturelles (utilisée en culture in vitro) Les cytokinines oxydases sont des enzymes inductibles (application de cytokinine exogène) Quand traitement au diphénylurée, mime un traitement aux cytokinines car les cytokinines oxydases sont inhibées

5 Conjugaison des cytokinines Glycosylation sur le groupe hydroxyle de la chaîne latérale, O-glycosylation * Présents naturellement dans la plante En grande quantité dans la graine de riz en développement O-glycosylation sert à inactiver les cytokinines mais réversible, donc rôle de stockage des cytokinines, libérées après action de glycosidases

6 N-Glycosylation en position 3, 7 et 9 * Présents naturellement dans la plante N-Glycosylation, inactivation irréversible des cytokinines car probablement résistant au clivage enzymatique

7 Conjugaison avec l alanine inactivation irréversible des cytokinines car probablement résistant au clivage enzymatique Lieux de synthèse chez les plantes Principalement les racines, «serait» transporté par le xylème dans les parties aériennes mais aussi synthèse dans les cellules du méristème apical et les graines en développement

8 Rôles des cytokinines dans la division cellulaire Certaines bactéries possèdent des gènes codant des enzymes de la voie de biosynthèse des cytokinines Smith et Townsend montrent en 1907 que la galle du collet ou «crown-gall» est causée par une bactérie Agrobacterium tumefaciens, «cancer des plantes» ADN-T, gène catalysant la surproduction de cytokinines et d auxines Gène ipt = isopentényl transférase Favorise la division cellulaire en conjugaison avec l auxine Diminution de la phosphorylation Cyclin-Dependent Kinases /accumulation D-type cyclin (CYCD) Mitose: noyau et cellule se divisent Gap2 ou G2 Gap1 ou G1 Activités cellulaires Synthèse: réplication ADN

9 Rôle des cytokinines dans l organogenèse Le rapport auxines / cytokinines détermine le devenir des tissus en culture En concentrations égales->division de cellules indifférenciées Auxine -> formation de racines Cytokinines -> bourgeons IBA: indole-3-butyric acid

10 Rôle des cytokinines dans la sénescence et la dominance apicale Tabac transgénique contenant une construction 35SCaMV-ipt d agrobacterium tumefaciens Contenu important en Z, [9R]Z et [9R-5 P]Z Retard dans la sénescence des feuilles Perte de la dominance apical

11 Rôle des cytokinines dans la sénescence et la dominance apicale

12 Rôle des cytokinines dans la sénescence et la dominance apicale Tabac transgénique contenant une construction avec promoteur 35SCaMV modifié inductible par la tétracycline 35STET-ipt constitutif Activateur transcriptionnel Tet Tet CaMV CaMV ipt tétracycline Application locale de tétracycline

13 Rôle des cytokinines dans le développement -Tet Similaire à WT + Tet Application très tôt dans le développement Similaire WT diminution de la répression [Tet]

14 Rôles des cytokinines

15 Role of cytokinin in the regulation of root gravitropism. Aloni R, Langhans M, Aloni E, Ullrich CI. Planta Nov;220(1): Epub 2004 Sep 10 Department of Plant Sciences, Tel Aviv University, 69978, Tel Aviv, Israel, The models explaining root gravitropism propose that the growth response of plants to gravity is regulated by asymmetric distribution of auxin (indole-3-acetic acid, IAA). Since cytokinin has a negative regulatory role in root growth, we suspected that it might function as an inhibitor of tropic root elongation during gravity response. Therefore, we examined the free-bioactive-cytokinin-dependent ARR5::GUS expression pattern in root tips of transformants of Arabidopsis thaliana (L.) Heynh., visualized high cytokinin concentrations in the root cap with specific monoclonal antibodies, and complemented the analyses by external application of cytokinin. Our findings show that mainly the statocytes of the cap produce cytokinin, which may contribute to the regulation of root gravitropism. The homogenous symmetric expression of the cytokinin-responsive promoter in vertical root caps rapidly changed within less than 30 min of gravistimulation into an asymmetrical activation pattern, visualized as a lateral, distinctly stained, concentrated spot on the new lower root side of the cap cells. This asymmetric cytokinin distribution obviously caused initiation of a downward curvature near the root apex during the early rapid phase of gravity response, by inhibiting elongation at the lower side and promoting growth at the upper side of the distal elongation zone closely behind the root cap. Exogenous cytokinin applied to vertical roots induced root bending towards the application site, confirming the suspected inhibitory effect of cytokinin in root gravitropism. Our results suggest that the early root graviresponse is controlled by cytokinin. We conclude that both cytokinin and auxin are key hormones that regulate root gravitropism. A novel regulatory pathway of sulfate uptake in Arabidopsis roots: implication of CRE1/WOL/AHK4-mediated cytokinin-dependent regulation. Maruyama-Nakashita A, Nakamura Y, Yamaya T, Takahashi H. Plant J Jun;38(5): RIKEN Plant Science Center, Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama , Japan. Cytokinin is an adenine derivative plant hormone that generally regulates plant cell division and differentiation in conjunction with auxin. We report that a major cue for the negative regulation of sulfur acquisition is executed by cytokinin response 1 (CRE1)/wooden leg (WOL)/Arabidopsis histidine kinase 4 (AHK4) cytokinin receptor in Arabidopsis root. We constructed a green fluorescent protein (GFP) reporter system that generally displays the expression of the high-affinity sulfate transporter SULTR1;2 in Arabidopsis roots. GFP under the control of SULTR1;2 promoter showed typical sulfur responses that correlate with the changes in SULTR1;2 mrna levels; accumulation of GFP was induced by sulfur limitation (-S), but was repressed in the presence of reduced sulfur compounds. Among the plant hormones tested, cytokinin significantly downregulated the expression of SULTR1;2. SULTR1;1 conducting sulfate uptake in sultr1;2 mutant was similarly downregulated by cytokinin. Downregulation of SULTR1;1 and SULTR1;2 by cytokinin correlated with the decrease in sulfate uptake activities in roots. The effect of cytokinin on sulfate uptake was moderated in the cre1-1 mutant, providing genetic evidence for involvement of CRE1/WOL/AHK4 in the negative regulation of high-affinity sulfate transporters. These data demonstrated the physiological importance of the cytokinin-dependent regulatory pathway in acquisition of sulfate in roots. Our results suggested that two different modes of regulation, represented as the -S induction and the cytokinindependent repression of sulfate transporters, independently control the uptake of sulfate in Arabidopsis roots.

16 The phenotype of Arabidopsis thaliana det1 mutants suggests a role for cytokinins in greening. Chory J, Aguilar N, Peto CA. Plant Biology Laboratory, Salk Institute for Biological Studies, San Diego, CA When grown in the absence of light, the det1 mutants of Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. develop characteristics of light-grown plants as determined by morphological, cellular, and molecular criteria. Further, in light-grown plants, mutations in the DET1 gene affect cell-typespecific expression of light-regulated genes and the chloroplast developmental program. Here we show that the addition of exogenously added cytokinins (either 2-isopentenyl adenine, kinetin, or benzyladenine) to the growth medium of dark-germinated wild-type seedlings results in seedlings that resemble det1 mutants, instead of having the normal etiolated morphology. Like det1 mutants, these dark-grown seedlings now contain chloroplasts and have high levels of expression of genes that are normally 'light'-regulated. These results suggest an important role for cytokinins during greening of Arabidopsis, and may implicate abnormal cytokinin levels or an increased sensitivity to cytokinins as explanations for some of the observed phenotypes of det1 mutants stokomorphogenèse + cytokinine avec chloroplaste avec chloroplaste photomorphogenèse Fig. 18.4