Auksiinit — kasvihormonien määritelmä, toiminta ja merkitys

Auksiinit – kasvien kasvun keskeiset hormonit: toiminta, IAA-rakenne, vaikutus kehitykseen ja synteettiset auxiinit käytössä. Selkeä ja kattava esitys.

Auksiinit ovat kasvihormonien (tai kasvien kasvuaineiden) luokka, jolla on joitakin morfogeenien kaltaisia ominaisuuksia. Auksiinit osallistuvat monien kasvien kasvua ja kehitystä ohjaavien prosessien koordinointiin koko kasvin elinkaaren ajan ja ne ovat välttämättömiä kasvin rakenteiden muodostumiselle ja sopeutumiselle ympäristöön.

Auksiineja ja niiden merkitystä kasvien kasvussa kuvasi ensimmäisenä hollantilainen tiedemies Frits Warmolt Went. Kenneth V. Thimann eristi auxiinin ja totesi sen kemiallisen rakenteen olevan indoli-3-etikkahappo (IAA). Went ja Thimann kirjoittivat yhdessä vuonna 1937 kasvihormoneja käsittelevän kirjan Phytohormones.

Mikä on luonnollinen auxiini ja mistä se syntyy?

Luonnollisin ja yleisin auxiini on indoli-3-etikkahappo (IAA). IAA syntetisoidaan useimmiten aminohappo tryptofaanista erilaisia biosynteettisiä reittejä pitkin. Auxiineja muodostuu erityisesti kasvaville kudoksille kuten versoille, juuri- ja skoopin kärjissä sekä siemenissä ja nuorissa lehdissä.

Kuljetus ja paikallinen pitoisuus

Auksiinien vaikutus riippuu vahvasti niiden paikallisesta pitoisuudesta ja suunnatusta kuljetuksesta. Kasvissa auxiini kulkeutuu usein polaarisesti solusta toiseen, mikä synnyttää pitoisuusgradientteja. Tähän polaariseen kuljetukseen osallistuvat erityiset kuljetusproteiinit, kuten PIN- ja AUX/LAX-perheen kuljettajat. Kuljetus määrää, mihin suuntaan kasvuvoima suuntautuu — esimerkiksi versojen pituuskasvua tai juurten haarautumista säädellään näillä gradientteilla.

Miten auxiinit vaikuttavat – yksinkertaistettu signaaliketju

Auksiinit toimivat sekä nopeasti vaikuttavina solujen fysiologisina säätelijöinä että geenien ilmentymistä muuttavina signaaleina. Tunnettu geenisäätelijätie on TIR1–Aux/IAA–ARF-järjestelmä: kun auxiinin pitoisuus kasvaa, TIR1-reseptori tunnistaa Aux/IAA-estäjäproteiineja, jotka merkitään hajotettaviksi. Tämä vapauttaa ARF-transkriptiofaktorit säätämään auxiiniin reagoivien geenien ilmentymistä, mikä johtaa pitkäkestoisiin muutoksiin solujen kasvu- ja erilaistumiskäyttäytymisessä.

Keskeiset toiminnot

• Solun pituuskasvu ja venyminen — auxiini lisää solunseinän pehmeyttä ja vettä sitovan paineen avulla solun venymistä erityisesti versoissa.
• Apikaalinen dominanssi — voimakas auxiinin tuotanto verson kärjessä estää sivuversojen kasvua, mikä säätelee kasvin muotoa.
• Fototropismi ja geotropismi — valoon ja painovoimaan suuntautuvat kasvuvasteet syntyvät auxiinin epätasaisesta jakautumisesta varren ja juuren eri puolilla.
• Juuren muodostuminen ja lateraalijuuret — auxiini edistää juurten alkiotason kehittymistä ja sivujuurten muodostusta sekä lisää juurten tyvikasvua.
• Vaskulaarinen erilaistuminen — auxiini vaikuttaa johtojänteiden (ksyleemi ja floema) muodostumiseen ja suuntautumiseen.
• Hedelmien kehitys ja hedelmien putoamisen (abskissio) säätely — yhdessä muiden hormonien kanssa auxiini vaikuttaa siementen ja hedelmien kypsymiseen ja irtoamiseen.

Vuorovaikutus muiden hormonien kanssa

Auksiinit eivät toimi yksinään. Ne ovat vuorovaikutuksessa muiden kasvuhormonien, kuten syto- ja giberelliinien, sekä esiintyvien kaasujen kuten etyleenin ja ABA:n kanssa. Esimerkiksi syto- ja auxiiniyhteistyö säätelee solunjakautumista ja elinten erilaistumista, kun taas auxiini voi estää tai edistää etyleenin tuotantoa tilanteesta riippuen.

Syntetiset auxiinit ja käytännön merkitys

On olemassa synteettisiä auxiineja, joita käytetään puutarha- ja maatalouskäytössä esimerkiksi juurtumisen edistämiseen pistokkailla, kasvun säätelyyn ja hedelmien irtoamisen hallintaan. Suurina annoksina monet synteettiset auxiinit toimivat kuitenkin rikkakasvien torjunta-aineina aiheuttaen epänormaalia kasvua ja kasvin kuoleman. Rikkakasvien torjunta-aineina käytettyinä ne toimivat selektiivisesti eri kasvisuvuille.

Agent Orange on esimerkki synteettisten auxiinien seoksesta (pääosin 2,4-D ja 2,4,5-T). Agent Orangesta kärsineiden terveys- ja ympäristöongelmien taustalla oli erityisesti 2,4,5-T:n valmistuksen yhteydessä syntynyt dioxinisaaste (TCDD), joka on erittäin pysyvä ja myrkyllinen yhdiste.

Tutkimusmenetelmät ja käytännön sovellukset

Auxiineja tutkitaan monin menetelmin: biologisilla kokeilla (esim. coleoptile- ja versoassayt), kemiallisilla analyysimenetelmillä (HPLC, massaspektrometria) sekä molekyylibiologisilla raportoijilla ja geeninilmentymisen mittauksilla (esim. DR5-promoterin käyttö). Käytännössä auxiineilla on suuri merkitys vihannestuotannossa, puutarhanhoidossa ja metsänviljelyssä — juurtumisen edistämisessä, lehtien ja kukintojen hallinnassa sekä kasvin muodon säätelyssä.

Turvallisuus ja ympäristö

Vaikka auxiinit ovat luonnollisia ja hyödyllisiä pieninä pitoisuuksina, synteettisten auxiinien käyttöä säädellään, koska niiden laaja-alainen tai väärin käytetty käyttö voi vaikuttaa ei-toivotusti ekosysteemeihin, aiheuttaa resistenssiä rikkakasveille tai johtaa myrkyllisiin sivuvaikutuksiin (kuten Agent Orangessa). Käyttöohjeita ja varotoimia on noudatettava tarkasti.

Yhteenvetona: auxiinit ovat keskeisiä kasvien kehityksen ja sopeutumisen säätelijöitä, joiden vaikutus perustuu pitoisuus- ja paikantumissignaaleihin sekä laajoihin vuorovaikutuksiin muiden hormonien kanssa. Niiden tutkimus ja sovellukset ovat olennainen osa kasvitiedettä ja maatalouskäytäntöjä.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mitä ovat auxiinit?

K: Mikä on auxiinien rooli kasvien kasvussa?

K: Kuka kuvasi ensimmäisenä auxiinien roolin kasvien kasvussa?

K: Kuka eristi auxiinin ja totesi sen kemiallisen rakenteen olevan indoli-3-etikkahappo (IAA)?

K: Kirjoittivatko Went ja Thimann yhdessä kirjan kasvihormoneista?

K: Onko olemassa synteettisiä auxiineja?

K: Voidaanko synteettisiä auxiineja käyttää rikkakasvien torjunta-aineina?

Hae kirjaimella