Andra molekyler som är involverade i överföringen av köldsignalen

Vissa växthormoner, inklusive ABA, polyaminer, gibberellinsyra (GA), kväveoxid (NO), brassinosteroider (BR) och etylen (ET), agerar också som intermediärer i köldsignaleringen (Figur 19.1).

Figur 19.1. Schematisk representation som visar växthormonernas roll vid reaktion på låga temperaturer. Brassinosteroider (BR), kväveoxid (NO), etylen (ET), ABA och polyaminer fungerar som positiva regulatorer. Gibberelliner (GA) fungerar som negativa regulatorer. Salicylsyra (SA) kan fungera som en positiv (spannmål, banan) eller negativ (Arabidopsis) regulator. Pilspetsar och ändlinjer anger positiv respektive negativ reglering.

ABA-nivåerna ökar i växter som utsätts för låg temperatur och exogen behandling med ABA ökar frystoleransen (Chen och Gusta, 1983; Lang et al., 1989). I Cicer arietinum och vete har man observerat att den ökade frystolerans som induceras av exogena ABA-behandlingar förmedlas av förändringar i plasmamembranets sammansättning (dvs. ökande steroler, omättade fettsyror etc.; Bakht et al., 2006). Dessutom har ABA-bristfälliga och okänsliga mutanter en minskad förmåga till kall acklimatisering, vilket tyder på att ABA är nödvändigt för en fullständig kall acklimatisering (Heino et al., 1990; Gilmour och Thomashow, 1991; Llorente et al., 2000). Dessutom är ABA inblandat i Arabidopsis konstitutiva tolerans mot frysning (Llorente et al., 2000). Vissa komponenter i ABA-signalvägen har också varit inblandade i regleringen av köldresponsen. ABI3, en transkriptionsaktivator som reglerar ABA-inducerat genuttryck och olika ABA-medierade vegetativa processer i Arabidopsis, ökar uttrycket av kallinducerbara gener och frystolerans (Tamminen et al., 2001). En ABA-hypersensitiv vete-mutant, aba27, visar ökad konstitutiv frystolerans och ökat uttryck av ABA-responsiva gener under både kontroll- och lågtemperaturförhållanden (Kobayashi et al., 2008a). Alla dessa resultat manifesterar en komplex roll för ABA-signalvägen i svaret på låga temperaturer. Nya arbeten har rapporterat om identifiering av ABA-receptorer (Ma et al., 2009; Park et al., 2009a), även om deras betydelse för köldresponsen fortfarande återstår att fastställa.

Polyaminer ackumuleras i växter under lågtemperaturförhållanden (Lee et al., 1995; Shen et al., 2000; Kim et al., 2002b; Pillai et al., 2004; Cuevas et al., 2008; Kovacs et al., 2010). De är föreningar som på grund av sina biokemiska egenskaper kan interagera med makromolekyler som DNA, RNA, proteiner eller fosfolipider och reglera deras struktur och funktion (Galston och Sawhney, 1990). Kim och kollegor (2002b) rapporterade att köldexponering ökar putrescinackumuleringen i tomatblad. Denna ökning verkar ha en skyddande roll och kontrolleras negativt av ABA (Kim et al., 2002b). Hummel och medarbetare (2004) beskrev att köldtolerans hos Pringlea antiscorbutica är förknippad med ackumulering och underhåll av polyaminer. Vidare ökar överexpressionen av CaPF1, en gen som kodar för ett pepparfrystoleransrelaterat protein, i tall frystoleransen på grund av en hög polyaminackumulering (Tang et al., 2007). Nyligen fick Cuevas och medarbetare (2008) genetiska bevis för att polyaminer är inblandade i regleringen av kallt acklimatisering genom att modulera ABA-biosyntesen och genuttrycket. De karakteriserade frystoleransen hos två mutanter som är defekta i polyaminbiosyntesen, adc1 och adc2, och fann att båda har en minskad förmåga till köldacclimatisering jämfört med vildtypen. Låga polyaminnivåer i adc1- och adc2-mutanter korrelerar med låga nivåer av köldinducerad ABA-ackumulering på grund av en minskad induktion av ABA-biosyntetiska gener som svar på låg temperatur, vilket pekar på att polyaminer reglerar positivt ackumuleringen av ABA vid låg temperatur (Cuevas et al,

Överexpression i tobak av GhDREB1, en bomullsgen som kodar för en transkriptionsfaktor, ökar toleransen för låg temperatur, även om tillväxten och blomningstiden fördröjdes (Shan et al., 2007). GhDREB1-uttrycket i bomull induceras av låg temperatur men hämmas av GA, vilket avslöjar en möjlig inblandning av denna gen i regleringen av tillväxt via GA (Shan et al., 2007). Nyligen har genetiska bevis publicerats som visar att GA-funktionen minskar när växter utsätts för låg temperatur (Achard et al., 2008). Det har föreslagits att minskningen av växttillväxten främst beror på en ackumulering av DELLAs, en familj av proteiner som fungerar som negativa regulatorer av GA-responsiva växtprocesser (Achard et al., 2008). Vidare verkar DELLA-ackumulering också bidra till den ökade frystolerans som medieras av CBF1-uttryck, dock genom en väg som är oberoende av CBF-regulonen (Achard et al., 2008).

Resultat som avslöjar en viktig roll för NO i växters respons på låg temperatur har också beskrivits. I ärt har låg temperatur rapporterats öka aktiviteten hos NO-syntas (NOS) och S-nitrosoglutathionreduktas (GSNOR), två enzymer som är involverade i NO-biosyntesen (Corpas et al., 2008). I Arabidopsis ökar NO-nivåerna under kalla förhållanden till följd av induktion av nitratreduktas (NR) aktivitet (Zhao et al., 2009). Dessutom uppvisar dubbelmutanter för NR1 och NR2 (nia1nia2), som inte kan ackumulera NO efter köldexponering, en minskad förmåga att acklimatisera sig vid kyla jämfört med vildtypsplantor (Zhao et al., 2009). Molekylär analys av nia1nia2-mutanter visade att kallinduktion av P5CS1 och repression av ProDH, och därmed prolinackumulering, är mycket lägre i dessa plantor än i vildtypplantor, vilket skulle förklara deras minskade förmåga till köldacclimatisering (Zhao et al., 2009).

Brassinosteroider är en klass av steroider som är involverade i kontrollen av ett brett spektrum av växtresponser (Sasse, 2003). Resultat som erhållits i nyligen utförda arbeten stöder en möjlig roll för BR i kylsignalering. Arabidopsis- och Brassica napus-plantor som behandlats med exogen BR uppvisar en ökad tolerans mot låg temperatur som är beroende av förändringar i kallinducerat genuttryck (Kagale et al., 2007). Xia och kollegor (2009) fann att BRs också positivt reglerar toleransen för låg temperatur i gurka, genom att kontrollera NADPH-oxidasaktivitet och H2O2-ackumulering.

Exponering för låg temperatur inducerar ET-produktion i arter som bönor (Field, 1981), tomater (Ciardi et al., 1997) eller vinterråg (Yu et al., 2001). Dessutom ökar exogen ET-tillförsel till rhododendronplantor deras tolerans mot frysning (Harber och Fuchigami, 1989), och vinterrågplantor som utsätts för kyla uppvisar högre nivåer av ET som styr ackumuleringen av frostskyddsproteiner i bladen och ökar plantans frystolerans (Yu et al., 2001). Konstitutivt överuttryck i tobak av tomatgenen JERF3, som kodar för en transkriptionsfaktor som är relaterad till ET-signalering, ökar frystoleransen genom att inducera uttrycket av gener som kodar för antioxidativa enzymer med åtföljande minskning av ROS (Wu et al., 2008). Dessutom hämmar antisense-uttryck i tomat och tobak av TERF2/LeERF2, en tomatgen som kodar för en ET-inducerbar transkriptionsfaktor, ET-produktionen och minskar frystoleransen. Däremot ökar överuttryck av TERF2/LeERF2 i tobak och tomat frystoleransen genom att aktivera det kallinducerade genuttrycket (Zhang och Huang, 2010). Som tidigare beskrivits verkar ET:s inblandning i kallsignalering vara tydlig och mycket lite är fortfarande känt om de mekanismer som förmedlar dess funktion.

Enormt mycket arbete har rapporterat om potentiellt värdefulla effekter av salicylsyrabehandling (SA) på köld- och/eller frystolerans i spannmål (Janda et al, 1999; Kang och Saltveit, 2002; Szalai et al., 2000; Tasgin et al., 2003; Saltveit och Hepler, 2004), bönor (Ding et al., 2002), gurka (Kang och Saltveit, 2002), tomat (Ding et al., 2002), banan (Kang et al., 2007) och persisk syren (Bernard et al., 2002). SA:s roll i växternas tolerans mot låg temperatur verkar vara relaterad till olika skyddande reaktioner, såsom ökning av aktiviteten hos antioxidativa enzymer (Janda et al., 1999; Kang och Saltveit, 2002) och förstärkning av iskärnaktiviteten i apoplasten (Tasgin et al., 2003). I motsats till dessa uppgifter tyder nya resultat på att SA är en negativ regulator av köldacklimatisering i Arabidopsis (Miura och Ohta, 2010). Två SA-ackumulerande mutanter, siz1 och acd6, har minskad köldacklimatiseringsförmåga och är mer känsliga för kylstress, främst på grund av ett lägre uttryck av CBF3 och motsvarande regulon (Miura och Ohta, 2010). Återställandet av SA-ackumulering till vildtypnivåerna undertrycker dessa mutanters känslighet för kyl- och frystemperaturer (Miura och Ohta, 2010).