Adventive Rhizogenese (ARF7/ARF19-LBD-Kaskade)
Kurzdefinition
ARF7/ARF19-LBD-Kaskade: Auxin-Akkumulation → TIR1 → Aux/IAA-Abbau → ARF7/ARF19 frei → LBD16 + LBD18 (direkte Downstream-Targets) → Wurzel-Primordienbildung. IBA überlegen weil Peroxisom-Beta-Oxidation zu IAA = Depot-Auxin mit verlängerter Wirkdauer. Auxin/CK-Balance: CK hemmt Rhizogenese.
Wissenschaftliche Beschreibung
ARF7/ARF19-LBD-Signalweg im Detail
IBA-Applikation (extern) + endogene IAA (PATS)
↓ Auxin akkumuliert am basalen Schnittende
↓ SCF-TIR1/AFB-Komplex → Aux/IAA-Repressoren ubiquitiniert
↓ Aux/IAA-Repressoren proteasomal degradiert
↓ ARF7 + ARF19 freigegeben (Auxin-Response-Faktoren)
↓ ARF7/ARF19 aktivieren direkt: LBD16, LBD18, LBD29
↓ LBD16/18 → Zellproliferation + räumliche Primordienorganisation
→ Adventivwurzel-Primordien → Adventivwurzeln
LBD-Gene: Downstream-Targets von ARF7/ARF19
PMC6357364 (Journal of Experimental Botany): LBD16 und LBD18 sind direkte primäre Zielgene von ARF7 und ARF19.
| LBD-Gen | Funktion | Konsequenz bei KO |
|---|---|---|
| LBD16 | Primordienorganisation, Zellproliferation | Drastisch reduzierte Seitenwurzel-Emergenz |
| LBD18 | Primordienorganisation, Zellproliferation | Drastisch reduzierte Seitenwurzel-Emergenz |
| LBD29 | Kooperatives Gen, Auxin-reguliert | Defekte bei ARF7/ARF19-Doppelmutanten |
ARF7/ARF19-Doppelmutanten in Arabidopsis: LBD16/18-Expression drastisch ↓ → stark reduzierte Adventivwurzelbildung → Kausalbeweis für Kaskade.
Warum IBA besser als IAA und NAA
IBA-Vorteil: Depot-Auxin durch Beta-Oxidation:
IBA (stabil)
↓ Peroxisomale Beta-Oxidation (langsam, schrittweise)
→ IAA (sukzessive freigesetzt über Tage)
→ Anhaltende ARF7/ARF19-Aktivierung
→ Ausgedehnte LBD16/18-Expression
→ Mehr und gleichmäßigere Primordienbildung
IAA direkt: Schnell aktiv, aber ebenso schnell durch IAA-Oxidasen degradiert → kurze ARF-Aktivierung → weniger Primordien.
NAA direkt: Persistent, kein enzymatischer Abbau, direkte ARF-Aktivierung → phytotoxisches Risiko bei Überdosierung.
Auxin/CK-Balance: Antagonismus bei Rhizogenese
Cytokinin hemmt Adventivwurzelbildung: - Hohe CK-Spiegel → BRC1-Repressoren in Knospen aktiviert (für Spross; analog in Wurzelinduktion: CK-Aktivierung senkt Auxin-Empfindlichkeit) - CK-Depletion am Schnittende fördert Rhizogenese - Auxin:CK >> 1 → Wurzel; Auxin:CK ~ 1 → Kallus; Auxin:CK << 1 → Spross (Skoog-Miller-Theorie)
Praktische Konsequenz: Schwaches Licht (200–500 PPFD) während Bewurzelung: - Hohe Lichtintensität → Cytokinin-Akkumulation → ARF-Hemmung → weniger Wurzeln - Schwaches Licht → niedrigere Cytokinin-Basislinie → bessere Bewurzelung
Anbau-Relevanz
- IBA als einzige Wahl für Cannabis: Depot-Funktion durch Peroxisom-Beta-Oxidation = überlegener Mechanismus.
- Nicht-IAA-Antagonist nutzen: Reine IBA-Formulierungen ohne CK-Zusätze → CK-Interferenz vermeiden.
- Auxin-Aufnahmefläche maximieren: 45°-Schnitt + vollständige IBA-Gel-Beschichtung der Schnittfläche → mehr Auxin-Eintrittsfläche → stärkere ARF7/ARF19-Aktivierung.
Verwandte Begriffe
- schnittwunde-kallus-wox — WIND-WOX11-Weg als paralleler Induktionspfad
- iba-naa-iaa — Hormonvergleich und optimale Konzentrationen
- wurzelgravitropismus — PIN-Proteine im Kontext polarer Auxin-Transport
Quellen
- PMC6357364: LBD16 and LBD18 Acting Downstream of ARF7 and ARF19 in Lateral Root Emergence and Morphogenesis
- PubMed 30704405: LBD16 and LBD18 Acting Downstream of ARF7 and ARF19 (Primordienbildung, Journal of Exp. Botany)
- Hal Science hal-01000975: Auxin Control in the Formation of Adventitious Roots
Quellen
- https://doi.org/10.3390/plants10091990
- Caplan D et al. (2021): Cannabis propagation and vegetative growth. Plants 10(9):1990. doi:10.3390/plants10091990