The involvement of cytokinin oxidase/dehydrogenase and zeatin reductase in regulation of cytokinin levels in pea (Pisum sativum L.) leaves

0025184 - ÚEB 2006 RIV US eng J - Journal Article
Gaudinová, Alena - Dobrev, Petre - Šolcová, Blanka - Novák, Ondřej - Strnad, Miroslav - Friedecký, D. - Motyka, Václav
The involvement of cytokinin oxidase/dehydrogenase and zeatin reductase in regulation of cytokinin levels in pea (Pisum sativum L.) leaves.
[Úloha cytokininoxidázy/dehydrogenázy a zeatinreduktázy při regulaci hladin cytokininů v listech hrachu (Pisum sativum L.).]
Journal of Plant Growth Regulation. Roč. 24, - (2005), s. 188-200. ISSN 0721-7595. E-ISSN 1435-8107
R&D Projects: GA ČR GA206/03/0313
Institutional research plan: CEZ:AV0Z50380511
Keywords : Aromatic cytokinin * cis-zeatin * Cytokinin oxidase/dehydrogenase
Subject RIV: EB - Genetics ; Molecular Biology
Impact factor: 2.695, year: 2005

Cytokinin metabolism in plants is very complex. More than 20 cytokinins bearing isoprenoid and aromatic side chains were identified by high performance liquid chromatography-mass spectrometry (HPLC-MS) in pea (Pisum sativum L. cv. Gotik) leaves, indicating diverse metabolic conversions of primary products of cytokinin biosynthesis. To determine the potential involvement of two enzymes metabolizing cytokinins, cytokinin oxidase/dehydrogenase (CKX, EC 1.5.99.12) and zeatin reductase (ZRED, EC 1.3.1.69), in the control of endogenous cytokinin levels, their in vitro activities were investigated in relation to the uptake and metabolism of [2)3H]trans-zeatin ([2)3H]Z) in shoot explants of pea. Trans-zeatin 9-riboside, trans-zeatin 9-riboside- 5¢-monophosphate and cytokinin degradation products adenine and adenosine were detected as predominant [2)3H]Z metabolites during 2, 5, 8, and 24 h incubation. Increasing formation of adenine and adenosine indicated extensive degradation of [2)3H]Z by CKX. High CKX activity was confirmed in protein preparations from pea leaves, stems, and roots by in vitro assays. Inhibition of CKX by dithiothreitol (15 mM) in the enzyme assays revealed relatively high activity of ZRED catalyzing conversion of Z to dihydrozeatin (DHZ) and evidently competing for the same substrate cytokinin (Z) in protein preparations from pea leaves, but not from pea roots and stems. The conversion of Z to DHZ by pea leaf enzyme was NADPH dependent and was significantly inhibited or completely suppressed in vitro by diethyldithiocarbamic acid (DIECA; 10 mM). Relations of CKX and ZRED in the control of cytokinin levels in pea leaves with respect to their potential role in establishment and maintenance of cytokinin homeostasis in plants are discussed.

V listech hrachu (Pisum sativum L. cv. Gotik) bylo na základě HPLC-MS identifikováno více než 20 přirozených isoprenoidních i aromatických cytokininů. Zjištěné široké spektrum endogenních cytokininů svědčí o intenzivní metabolické přeměně primárních produktů jejich biosyntézy. Abychom stanovili možné uplatnění dvou enzymů zapojených do metabolických přeměn cytokininů, cytokininoxidázy/dehydrogenázy (CKX, EC 1.5.99.12) a zeatinreduktázy (ZRED, EC 1.3.1.69), při regulaci jejich endogenních hladin, byly v stonkových explantátech hrachu studovány příslušné enzymové aktivity in vitro ve vztahu k příjmu a metabolismu [2-3H]trans-zeatinu ([2-3H]Z). Trans-zeatin 9-ribosid, trans-zeatin 9-ribosid-5´-monofosfát a degradační produkty adenin a adenosin byly detekovány jako hlavní metabolity [2-3H]Z během 2, 5, 8 a 24hodinové inkubace. Zvyšující se podíl adeninu a adenosinu v průběhu inkubace indikoval výraznou degradaci [2-3H]Z katalyzovanou CKX. Vysoká aktivita CKX byla potvrzena rovněž in vitro testy v bílkovinných preparátech získaných z listů, stonků a kořenů hrachu. Inhibice CKX dithiotreitolem (15 mM) prokázala výraznou aktivitu ZRED katalyzující konverzi Z na dihydrozeatin (DHZ) v preparátech z listů, nikoliv však stonků a kořenů hrachu. Metabolická přeměna Z na DHZ v listech hrachu byla NADPH-dependentní a byla výrazně inhibována nebo zcela blokována in vitro v přítomnosti DIECA (10 mM). Na základě dosažených výsledků je v práci diskutována kompetice enzymových aktivit CKX a ZRED při regulaci hladin cytokininů zeatinového typu a jejich úloha pro zachování hormonální homeostáze v rostlinách hrachu.
Permanent Link: http://hdl.handle.net/11104/0115600