ไซโตไคนิน

[อ.บอล]

ไซโตไคนิน (อังกฤษ: Cytokinin) เป็นกลุ่มของสารควบคุมการเจริญเติบโตที่มีบทบาทสำคัญในการควบคุม การแบ่งเซลล์ การขยายตัวและการเปลี่ยนแปลงของเซลล์พืช มีผลต่อการข่มของตายอด การเจริญของตาข้าง และการชราของใบการออกฤทธิ์ของสารกลุ่มนี้ค้นพบในน้ำมะพร้าวเมื่อ พ.ศ. 2483 โดย Folke Skoog นักวิทยาศาสตร์ที่ University of Wisconsin–Madison

ไซโตไคนินมีสองประเภท ได้แก่ ไซโตไคนินที่เป็นอนุพันธ์ของอะดีนีนโดยมีโซ่ข้างมาเชื่อมต่อกับเบสที่ตำแหน่ง N6 ไซโตไคนินแบ่งได้เป็นสองชนิดตามชนิดของโซ่ข้างคือ ไอโซพรีนอยด์ ไซโตไคนิน (Isoprenoid cytokinin) มีโซ่ข้างเป็นสารกลุ่มไอโซพรีน กับ อะโรมาติก ไซโตไคนิน เช่น ไคนีติน ซีเอติน และ6-benzylaminopurine อีกกลุ่มหนึ่งคือไซโตไคนินที่เป็นอนุพันธ์ของไดฟีนิลยูเรีย และ ไทเดียซูรอน (TDZ) ไซโตไคนินชนิดอะดีนีนมักสังเคราะห์ที่ราก แคมเบียม และเนื้อเยื่อเจริญอื่นๆเป็นแหล่งที่มีการสังเคราะห์ไวโตไคนินเช่นกัน ไม่มีหลักฐานว่าพืชสร้างไซโตไคนินชนิดฟีนิลยูเรียได้ ไซโตไคนินเกี่ยวข้องกับการส่งสัญญาณทั้งระยะใกล้และระยะไกล และเกี่ยวข้องกับการขนส่งนิวคลีโอไทด์ในพืช โดยทั่วไป ไซโตไคนินถูกขนส่งผ่านไซเลม.

การสังเคราะห์ในสิ่งมีชีวิต Adenosine phosphate-isopentenyltransferase (IPT) เป็นเอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยาแรกในการสังเคราะห์ไซโตไคนินชนิดไอโซพรีน อาจจะใช้ ATP ADP หรือ AMP เป็นสารตั้งต้นและอาจจะใช้ dimethylallyl diphosphate (DMAPP) หรือ hydroxymethylbutenyl diphosphate (HMBDP) เป็นตัวให้หมู่พรีนิล ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาที่จำกัดการสังเคราะห์ไซโตไคนิน DMAPP และ HMBDP ที่ใช้ในการสังเคราะห์ไซโตไคนิน สร้างมาจากmethylerythritol phosphate pathway (MEP)

ไซโตไคนินอาจจะสังเคราะห์มาจากtRNAในพืชและแบคทีเรีย tRNAs ที่มี anticodon ที่เริ่มด้วย uridine และเป็นตัวพาอะดินีนที่เติมหมู่พรีนิลแล้วจะถูกสลายเพื่อนำอะดินีนไปสร้างเป็นไซโตไคนิน การเติมหมู่พรีนิลของอะดินีนเกิดขึ้นโดยเอนไซม์ tRNA-isopentenyltransferase. ออกซินมีบทบาทในการควบคุมการสังเคราะห์ไซโตไคนิน

แบคทีเรียบางชนิดผลิตไซโตไคนินได้ เช่น Rhodospirillum robrom ซึ่งเป็นแบคทีเรียสีม่วง สร้างสารคล้ายไซโตไคนิน 4-hydroxyphenethyl ได้ และ Paenibacillus polymyxa ซึ่งเป็นแบคทีเรียที่พบในไรโซสเฟียร์ของพืช สร้างไซโตไคนินชนิด iP ได้ ไซโตไคนินบางชนิดมีผลต่อจุลินทรีย์ด้วย เช่น ไคนีติน กระตุ้นการเจริญ การสร้างรงควัตถุและการตรึงไนโตรเจนของ Anabaena doliolum เร่งการเจริญเติบโตและการแบ่งเซลล์ในยีสต์ และราบางชนิดในสกุล Aspergillus และ Penicillium ใช้ไซโตไคนินเป็นแหล่งไนโตรเจน

อัตราส่วนระหว่างออกซินและไซโตไคนินมีความสำคัญต่อการทำงานของไซโตไคนินในพืช เนื้อเยื่อพาเรนไคมาที่เลี้ยงในอาหารที่มีออกซินและไม่มีไซโตไคนิน เซลล์จะมีขนาดใหญ่ขึ้นแต่ไม่แบ่งตัว เมื่อใช้ไซโตไคนินร่วมกับออกซิน เซลล์จึงจะขยายตัวไปพร้อมกับการแบ่งตัว อย่างไรก็ตาม เมื่อเลี้ยงเนื้อเยื่อในอาหารที่มีไซโตไคนินเท่านั้น จะไม่เกิดผลใดๆ ถ้าใช้ไซโตไคนินและออกซินในปริมาณเท่าๆกัน พาเรนไคมาจะหลายเป็นแคลลัส ถ้ามีไซโตไคนินมากกว่าจะหลายเป็นยอด ถ้าออกซินมากกว่าจะกลายเป็นราก

การออกฤทธิ์ทางสรีรวิทยาที่สำคัญของไซโตไคนินได้แก่

สนับสนุนการขยายตัวของเซลล์ ที่เกี่ยวข้องกับการดูดน้ำเข้าไปภายในเซลล์ เพราะไม่ทำให้น้ำหนักแห้งเพิ่มขึ้น
สนับสนุนการพัฒนาและการแตกตาข้าง ไซโตไคนินสามารถกระตุ้นให้ตาข้างที่ถูกยับยั้งด้วยตายอดเจริญออกมาได้ สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากอัตราส่วนระหว่างไซโตไคนินต่ออกซิน ออกซินจากตายอด จะถูกขนส่งลงไปยังตาข้างเพื่อยับยั้งการเจริญเติบโต ทำให้ยอดยาวขึ้น แต่ไม่แตกกิ่งใหม่ ในขณะที่ไซโตไคนินจะเคลื่อนที่จากรากขึ้นมายังยอด และจะเป็นตัวกระตุ้นการเจริญของตาข้าง ถ้าตัดตายอดออกไป ตาข้างจะไม่ถูกยับยั้งและจะเจริญออกมาได้ พืชจึงเจริญออกทางด้านข้างมากขึ้น ถ้าให้ออกซินที่รอยตัด การเจริญของตาข้างยังคงถูกยับยั้งต่อไป
การชลอการชรา ความชราของพืชเกิดจากกระบวนการแก่ตัวของเซลล์ มีการสูญเสียคลอโรฟิลล์ RNA โปรตีน และไขมัน การชลอควมชราของออกซินเกิดขึ้นโดยการป้องกันสลายตัวของโปรตีน กระตุ้นการสังเคราะห์โปรตีน และขนส่งธาตุอาหารมายังเนื้อเยื่อ ไซโตไคนินสนับสนุนการเกิดคลอโรฟิลล์และการเปลี่ยนอีทิโอพลาสต์ไปเป็นคลอโรพลาสต์
การเกิดปม ปมที่เกิดในพืชเป็นเนื้อเยื่อที่ไม่มีการกำหนดพัฒนาและมีลักษณะคล้ายเนื้องอก เกิดจากเชื้อ Agrobacterium tumefaciens
ไซโตไคนินจากปลายรากมีผลต่อการเจริญของลำต้นและราก การตัดรากออกไปจะทำให้การเจริญเติบโตของลำต้นหยุดชะงัก
การเพิ่มไซโตไคนินจากภายนอกลดขนาดของเนื้อเยื่อเจริญที่ปลายรากลงโดยไม่กระทบต่ออัตราการขยายตัวของเซลล์ภายในเนื้อเยื่อเจริญ แต่ไซโตไคนินปริมาณมากจะมีความจำเป็นในการรักษากิจกรรมของเนื้อเยื่อเจริญที่ปลายยอด
กระตุ้นการออกดอกของพืชวันสั้นบางชนิด เช่นในแหนเป็ด ไซโตไคนินกระตุ้นให้พืชสร้างสารฟลอริเจน (Florigen) ซึ่งชักนำให้พืชออกดอกได้ ไซโตไคนินยังช่วยให้เกิดดอกตัวเมียมากขึ้น
ทำลายระยะพักตัวของพืช ของเมล็ดพืชหลายชนิดได้ เช่น ผักกาดหอม

[อ.บอล]

การค้นพบฮอร์โมนในกลุ่มนี้เริ่มจากการศึกษาการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ โดยในปี ค.ศ. 1920 Haberlandt ได้แสดงให้เห็นว่ามีสารชนิดหนึ่งเกิดอยู่ในเนื้อเยื่อพืชและกระตุ้นให้เนื้อเยื่อพาเรนไคมาในหัวมันฝรั่งกลับกลายเป็นเนื้อเยื่อเจริญได้ ซึ่งแสดงว่าสารชนิดนี้สามารถกระตุ้นให้มีการแบ่งเซลล์ ต่อมามีการพบว่าน้ำมะพร้าวและเนื้อเยื่อของหัวแครอทมีคุณสมบัติในการกระตุ้นการแบ่งเซลล์เช่นกัน

นักวิทยาศาสตร์หลายท่าน เช่น Skoog และ Steward ทำการทดลองในสหรัฐอเมริกา โดยศึกษาความต้องการสิ่งที่ใช้ในการเจริญเติบโตของกลุ่มก้อนของเซลล์ (Callus) ซึ่งเป็นเซลล์ที่แบ่งตัวอย่างรวดเร็ว แต่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงทางคุณภาพเกิดขึ้นของ pith จากยาสูบและรากของแครอท จากผลการทดลองนี้ทำให้รู้จักไซโตไคนินในระยะปี ค.ศ. 1950 ซึ่งเป็นฮอร์โมนพืชที่จำเป็นต่อการแบ่งเซลล์และการเปลี่ยนแปลงทางคุณภาพของเนื้อเยื่อ ในปัจจุบันพบว่าไซโตไคนิน ยังเกี่ยวข้องกับการเสื่อมสภาพ (Senescence) และการควบคุมการเจริญของตาข้างโดยตายอด (Apical Dominance)

จากการศึกษาของ Skoog โดยเลี้ยงเนื้อเยื่อ pith ของยาสูบ พบว่าการที่เนื้อเยื่อจะเจริญต่อไปได้นั้นจะต้องมีอาหารและฮอร์โมน เช่น ออกซิน โดยถ้าให้ออกซินในอาหารจะมีการเจริญของเนื้อเยื่อนั้นน้อยมาก เซลล์ขนาดใหญ่เกิดขึ้นโดยไม่แบ่งเซลล์ นอกจากนั้นจะไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงทางคุณภาพ อย่างไรก็ตามหากเพิ่มพิวรีน เบส (Purine Base) ชนิดอะดีนีน (Adenine) ลงไปในอาหารรวมกับ IAA พบว่า เนื้อเยื่อจะกลายเป็นกลุ่มเซลล์ (Callus) ถ้าใส่อะดีนีนอย่างเดียวรวมกับอาหาร เนื้อเยื่อจะไม่สร้างกลุ่มเซลล์ขึ้นมา ดังนั้นจึงมีปฏิสัมพันธ์ (Interaction) ระหว่าง อะดีนีน และ IAA ซึ่งกระตุ้นให้เกิดการแบ่งเซลล์ขึ้น อะดีนีนเป็นพิวรีนเบส ซึ่งมีสูตรเป็น 6-อะมิโนพิวรีน (6-aminopurine) และปรากฏอยู่ในสภาพธรรมชาติโดยเป็นส่วนประกอบของกรด นิวคลีอิค

ในปี 1955 Miller ได้แยกสารอีกชนิดหนึ่งซึ่งมีคุณสมบัติคล้ายคลึงแต่มีประสิทธิภาพดีกว่าอะดีนีน ซึ่งได้จากการสลายตัวของ DNA ของสเปิร์มจากปลาแฮร์ริง สารชนิดนี้ คือ 6-(furfuryl-amino) purine ซึ่งมีสูตรโครงสร้างคล้ายอะดีนีน เนื่องจากสารชนิดนี้สามารถกระตุ้นให้เกิดการแบ่งเซลล์โดยร่วมกับออกซิน จึงได้รับชื่อว่าไคเนติน (Kinetin)

ไคเนติน เป็นสารที่ไม่พบตามธรรมชาติในต้นพืช แต่เป็นสารสังเคราะห์ ต่อมาได้มีการค้นพบไซโตไคนินสังเคราะห์อีกหลายชนิด สารสังเคราะห์ที่มีกิจกรรมของไซโตไคนินสูงที่สุดคือ เบนซิลอะดีนีน (Benzyladenine หรือ BA) และเตตระไฮโดรไพรานีลเบนซิลอะดีนีน (tetrahydropyranylbenzyladenine หรือ PBA)



ไซโตไคนินที่พบในพืช

แม้ว่าไคเนติน BA และ PBA เป็นสารที่ไม่พบในต้นพืช แต่สารซึ่งพบในอวัยวะของพืชหลายชนิด เช่น ในน้ำมะพร้าว ในผลอ่อนของข้าวโพด ให้ผลทางสรีรวิทยาและสัณฐานวิทยาที่คล้ายคลึงกับสาร BA และ PBA สารที่เกิดตามธรรมชาติและสารสังเคราะห์หลายชนิด ซึ่งมี คุณสมบัติเหมือนไคเนตินนั้น เรียกโดยทั่วๆ ไปว่า ไซโตไคนิน ซึ่งเป็นสารที่เมื่อมีผลร่วมกับออกซินแล้วจะเร่งให้เกิดการแบ่งเซลล์ในพืช

มีหลักฐานเด่นชัดชี้ว่าไซโตไคนินที่เกิดในธรรมชาติเป็นสารประกอบพิวรีน ในปี 1964 Letham ได้แยกไซโตไคนินชนิดหนึ่งจากเมล็ดข้าวโพดหวาน และพบว่า เป็นสาร 6-(4-hydroxy-3-methyl but-2-enyl) aminopurine ซึ่ง Letham ได้ตั้งชื่อว่า ซีเอติน (Zeatin)

นับตั้งแต่มีการแยกไซโตไคนินชนิดแรกคือซีเอตินแล้ว ก็มีการค้นพบไซโตไคนิน อีกหลายชนิดซึ่งทุกชนิดเป็นอนุพันธ์ของอะดีนีน คือ เป็น 6-substituted amino purines ซีเอตินเป็นไซโตไคนินธรรมชาติซึ่งมีประสิทธิภาพสูงที่สุด

การสังเคราะห์ไซโตไคนิน

การสังเคราะห์ไซโตไคนินในต้นพืชเกิดโดยการ substitution ของ side chain บนคาร์บอนอะตอมที่ 6 ของอะดีนีน ซึ่ง side chain ของไซโตไคนินในสภาพธรรมชาติ ประกอบด้วยคาร์บอน 5 อะตอม จึงเป็นการชี้ให้เห็นว่าเกิดมาจากวิถีการสังเคราะห์ ไอโซพรีนอยด์ (Isoprenoid) ต่อมาพบว่า กลุ่มของไซโตไคนิน เกิดขึ้นบน t-RNA ได้ และเมื่อใช้เมวาโลเนต (Mavalonate หรือ MVA) ที่มีสารกัมมันตรังสี จะสามารถไปรวมกับกลุ่ม อะดีนีนของ t-RNA เกิดเป็นไดเมทธิลอัลลิล (Dimethylallyl side chain) เกาะด้านข้าง ในเชื้อรา Rhizopus นั้น Dimethylallyl adenine สามารถเปลี่ยนไปเป็น Zeatin ได้ จึงคาดกันว่า Zeatin อาจจะเกิดจากการออกซิไดซ์ Dimethylallyl adenine

การเกิดกลุ่มของไซโตไคนินใน t-RNA นี้ หมายความว่า ไซโตไคนิน อาจจะเกิดขึ้นมาจากการสลายตัวของ t-RNA ซึ่งความเป็นจริงก็พบเหตุการณ์ดังกล่าวบ้าง อย่างไรก็ตามยังมีข้อสงสัยอีกมากที่เกี่ยวข้องกับการเกิดไซโตไคนินจาก t-RNA อาจจะมีวิถีเฉพาะที่ก่อให้เกิดการสังเคราะห์ไซโตไคนิน ดังแสดงในรูปที่ 12.4 ซึ่งเป็นวิถีที่แยกอย่างเด็ดขาดจากการเกิดไซโตไคนินโดยการสลายตัวของ t-RNA

พบไซโตไคนินมากในผลอ่อนและเมล็ด ในใบอ่อนและปลายรากซึ่งไซโตไคนิน อาจจะสังเคราะห์ที่บริเวณดังกล่าวหรืออาจจะเคลื่อนย้ายมาจากส่วนอื่น ๆ ในรากนั้นมีหลักฐานที่ชี้ให้เห็นว่าไซโตไคนินสังเคราะห์ที่บริเวณนี้ได้เพราะเมื่อมีการตัดรากหรือลำต้น พบว่าของเหลวที่ไหลออกมาจากท่อน้ำจะปรากฏไซโตไคนินจากส่วนล่างขึ้นมา ติดต่อกันถึง 4 วัน ซึ่งอาจจะเป็นไปได้ว่าไซโตไคนินสังเคราะห์ที่รากแล้วส่งไปยังส่วนอื่น ๆ โดยทางท่อน้ำ หลักฐานที่แสดงว่าสังเคราะห์ที่ส่วนอื่นยังไม่พบและการเคลื่อนย้ายของไซโตไคนินจากส่วนอ่อน เช่น ใบ เมล็ด ผล ยังเกิดไม่ดีและไม่มาก





การสลายตัวของไซโตไคนิน

ไซโตไคนินสามารถถูกทำลายโดยการออกซิเดชั่น ทำให้ side chain หลุดจากกลุ่มอะดีนีน ติดตามด้วยการทำงานของเอนไซม์ แซนทีนออกซิเดส (Xanthine Oxidase) ซึ่งสามารถออกซิไดซ์ พิวรีนเกิดเป็นกรดยูริค (Uric Acid) และกลายเป็นยูเรียไปในที่สุด อย่างไรก็ตามในใบพืชไซโตไคนินอาจจะถูกเปลี่ยนไปเป็นกลูโคไซด์ โดยน้ำตาลกลูโคสจะไปเกาะกับตำแหน่งที่ 7 ของอะดีนีนเกิดเป็น 7-กลูโคซีลไซโตไคนิน (7-glucosylcyto- kinins) หน้าที่ของไซโตไคนิน กลูโคไซด์ ยังไม่ทราบแน่ชัดนัก อาจจะเป็น “detoxification” ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมทางเมตาบอลิสม์หรืออาจจะเป็นรูปที่ไซโตไคนินอาจจะถูกปลดปล่อยออกมาในบางสภาวะได้ จากการศึกษาโดยใช้ Radioactive BA พบว่าสามารถสลายตัวกลายเป็นกรดยูริคแล้วอาจจะรวมกับ RNA ได้



การเคลื่อนที่ของไซโตไคนิน

ยังไม่มีหลักฐานว่าเคลื่อนที่อย่างไรแน่ จากการทดลองพบว่าระบบรากเป็นส่วนสำคัญในการส่งไซโตไคนินไปยังใบ และป้องกันการเสื่อมสลายของใบก่อนระยะอันสมควร เป็นหลักฐานที่สำคัญที่ชี้ให้เห็นว่า ไซโตไคนินมีการเคลื่อนที่ขึ้นสู่ยอด ยิ่งไปกว่านั้นยังพบไซโตไคนินในท่อน้ำ ซึ่งมาจากระบบรากด้วย ในทางตรงกันข้ามไซโตไคนินซึ่งพบที่ผลซึ่งกำลังเจริญเติบโตไม่เคลื่อนที่ไปส่วนอื่นเลย ในทำนองเดียวกันจากการศึกษากับการให้ไซโตไคนินจากภายนอก เช่นให้ไคเนติน พบว่าจะไม่เคลื่อนย้ายเป็นเวลานาน แม้ว่าสารอื่น ๆ จะเคลื่อนย้ายออกจากจุดนี้ก็ตาม มีหลักฐานจำนวนมากชี้ให้เห็นว่าไซโตไคนินอาจจะเคลื่อนย้ายในรูปที่รวมกับสารอื่น ๆ เช่น น้ำตาล (Ribosides หรือ glucosides) ซึ่งไซโตไคนินในรูปที่รวมกับน้ำตาลนั้นพบเสมอในท่อน้ำท่ออาหาร

ในการให้ไฃโตไคนินกับตาข้างเพื่อกำจัด Apical dominance นั้น พบว่าไซโตไคนินจะไม่เคลื่อนที่เลยเป็นระยะเวลานานมาก ในการทดลองกับ BA พบว่า BA สามารถเคลื่อนที่ผ่านก้านใบและมีลักษณะแบบ Polar เหมือนกับออกซิน ในทุกการศึกษาพบว่า ไซโตไคนินในใบจะไม่เคลื่อนที่รวมทั้งในผลอ่อนด้วย ส่วนผลของรากในการควบคุมการเจริญเติบโตของส่วนเหนือดินอาจจะอธิบายได้ถึงไซโตไคนินที่เคลื่อนที่ในท่อน้ำ ซึ่งพบเสมอในการทดลองว่าไซโตไคนินสามารถเคลื่อนที่จากส่วนรากไปสู่ยอด แต่การเคลื่อนที่แบบ Polar ยังไม่เป็นที่ยืนยันการเคลื่อนที่ของไซโตไคนินในพืชยังมีความขัดแย้งกันอยู่บ้าง



การหาปริมาณของไซโตไคนิน

1. ใช้ Tobacco callus test โดยให้ไซโตไคนินกระตุ้นการเจริญของ tobacco pith cell โดยการชั่งน้ำหนักเนื้อเยื่อพืชที่เพิ่มขึ้น แต่เป็นวิธีที่ใช้เวลานาน

2. Leaf senescence test ไซโตไคนินทำให้คลอโรฟิลล์ไม่สลายตัวในแผ่นใบที่ลอยอยู่ในสารละลายไซโตไคนินในที่มืด แล้วหาจำนวนของคลอโรฟิลล์ที่เหลืออยู่ หลังจากลอยไว้ 3-4 วัน วิธีนี้ให้ผลไม่ดีเท่าวิธีแรก

กลไกการทำงานของไซโตไคนิน

ไซโตไคนินมีบทบาทสำคัญคือควบคุมการแบ่งเซลล์ และไซโตไคนินที่เกิดในสภาพธรรมชาตินั้นเป็นอนุพันธ์ของอะดีนีนทั้งสิ้น ดังนั้นงานวิจัยเกี่ยวกับกลไกการทำงานจึงมีแนวโน้มในความสัมพันธ์กับกรดนิวคลีอิค กลไกการทำงานของไซโตไคนินยังไม่เด่นชัดเหมือนกับออกซิน และจิบเบอเรลลิน แต่ไซโตไคนินมีผลให้เกิดการสังเคราะห์ RNA และโปรตีนมากขึ้นในเซลล์พืช ผลการทดลองบางรายงานกล่าวว่า หลังจากให้ไซโตไคนินกับเซลล์พืชแล้วจะเพิ่มปริมาณของ m-RNA, t-RNA และ r-RNA

การศึกษากลไกการทำงานของไซโตไคนิน ในช่วงทศวรรษ 1960 ได้เน้นไปในแง่ที่ว่าไซโตไคนินอาจจะส่งผลของฮอร์โมนผ่าน t-RNA บางชนิด เนื่องจากมีการค้นพบว่ามีกลุ่มไซโตไคนินปรากฏอยู่ร่วมกับ t-RNA หลายชนิด ทั้ง t-RNA ของซีรีน (Serine) และไธโรซีน (Thyrosine) มี อะดีนีนเบสซึ่งมี side chain และมีคุณสมบัติเป็นไซโตไคนินซึ่งมีประสิทธิภาพสูง ยิ่งไปกว่านั้นในกรณี อะดีนีนซึ่งมีคุณสมบัติของไซโตไคนินจะอยู่ถัดจากแอนติโคดอน (Anticodon) ของ t-RNA จึงเป็นที่เชื่อกันว่าการปรากฏของไซโตไคนินบน t-RNA อาจจะจำเป็นต่อการเกาะกันของโคดอน (Codon) และแอนติโคดอนระหว่าง m-RNA และ t-RNA บนไรโบโซม ซึ่งสมมุติฐานที่ว่าไซโตไคนินควบคุมกระบวนการ Translation ผ่านทาง t-RNA จึงได้รับความเชื่อกันมากในขณะนั้น

อย่างไรก็ตามสมมุติฐานนี้ ในเวลาต่อมาได้รับการวิจารณ์อย่างรุนแรง เช่นในการสังเคราะห์ t-RNA ตามปกตินั้น อาจจะเกิดการเปลี่ยนรูปของเบส หลังจากที่มีโพลีนิวคลีโอไทด์ (Polynucleotide) แล้ว ซึ่งหมายความว่า side chain บนตำแหน่งที่ 6 ของอะดีนีนนั้นเกิดขึ้นหลังจากที่อะดีนีนได้อยู่บน t-RNA เรียบร้อยแล้ว ซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่ไคเนตินและซีเอตินหรือไซโตไคนินอื่นๆ จะเข้าร่วมกับ t-RNA ในรูปที่เป็นโมเลกุลที่สมบูรณ์ หลักฐานอีกข้อที่ไม่สนับสนุนสมมุติฐานนี้คือ การพบว่า t-RNA ของเมล็ดข้าวโพดซึ่งมีซีส-ซีเอติน (Cis-Zeatin) ในขณะที่ไซโตไคนินที่เกิดในธรรมชาติในเมล็ดเดียวกันเป็นทรานส์-ซีเอติน (trans-Zeatin) ดังนั้นจึงเป็นการยากที่จะเชื่อว่าไซโตไคนินเป็นสารเริ่มต้นของการสังเคราะห์ t-RNA แม้ว่างานทดลองจะยังสับสนและขัดแย้งกัน แต่โดยทั่วไปการรวมของไซโตไคนินเข้าไปใน t-RNA นั้นเกิดในอัตราที่ต่ำมากจนไม่น่าเชื่อสมมุติฐานดังกล่าว

งานวิจัยได้เปลี่ยนแนวและสนับสนุนว่าไซโตไคนินอาจจะทำงานโดยควบคุม กิจกรรมของเอนไซม์โดยตรงมากกว่าที่จะเกี่ยวกับการสังเคราะห์เอนไซม์ ไซโตไคนินมีอิทธิพลต่อเอนไซม์หลายชนิด เช่น ไคเนส (Kinases) ที่ใช้ในกระบวนการหายใจ นอกจากนั้นกิจกรรมของเอนไซม์ที่ใช้ในกระบวนการสังเคราะห์แสงก็เพิ่มขึ้น





ผลของไซโตไคนิน

1. กระตุ้นให้เกิดการแบ่งเซลล์และการเปลี่ยนแปลงทางคุณภาพใน tissue culture โดยต้องใช้ร่วมกับ Auxin ในการเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชนั้นหากให้ฮอร์โมน ไซโตไคนินมากกว่าออกซิน จะทำให้เนื้อเยื่อนั้นเจริญเป็น ตา ใบ และลำต้น แต่ถ้าหากสัดส่วนของออกซินมากขึ้นกว่าไซโตไคนินจะทำให้เนื้อเยื่อนั้นสร้างรากขึ้นมา การ differentiate ของตาในการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อจาก Callus จากส่วนของลำต้นนั้น auxin จะระงับ และไซโตไคนินนั้นจะกระตุ้นการเกิด และต้องมีความสมดุลระหว่างไซโตไคนินและออกซินชิ้นเนื้อเยื่อจึงจะสร้างตาได้

2. ชะลอกระบวนการเสื่อมสลาย เช่น กรณีของใบที่เจริญเต็มที่แล้วถูกตัดออกจากต้น คลอโรฟิลล์ RNA และโปรตีนจะเริ่มสลายตัวเร็วกว่าใบที่ติดอยู่กับต้น แม้จะมีการให้อาหารกับใบเหล่านี้ก็ตาม ถ้าหากเก็บใบเหล่านี้ไว้ในที่มืดการเสื่อมสลายยิ่งเกิดเร็วขึ้น อย่างไรก็ตามหากใบเหล่านี้เกิดรากขึ้นที่โคนใบหรือก้านใบ จะทำให้การเสื่อมสลายเกิดช้าลง เพราะไซโตไคนินผ่านขึ้นมาจากรากทางท่อน้ำ อย่างไรก็ตามการให้ไซโตไคนินกับใบพืชเหล่านี้จะชะลอการเสื่อมสลายได้เหมือนกับรากเช่นกัน นอกจากนั้นไซโตไคนินยังทำให้มีการเคลื่อนย้ายอาหารจากส่วนอื่นมายังส่วนที่ได้รับไซโตไคนินได้ เช่น กรณีของใบอ่อนซึ่งมีไซโตไคนินมากกว่าใบแก่จะสามารถดึงอาหารจากใบแก่ได้

ในกรณีเชื้อราที่ทำให้เกิดโรคราสนิม ซึ่งทำให้เกิดการตายของเนื้อเยื่อแล้วบริเวณเนื้อเยื่อที่ตายจะเกิดสีเขียวล้อมรอบขึ้นมาซึ่งบริเวณสีเขียวนี้มีแป้งสะสมมากแม้กระทั่งส่วนอื่นๆ ของใบตายไปแล้ว ส่วนสีเขียวอาจจะยังคงอยู่ ลักษณะนี้เรียกว่า GreenIsland ซึ่งบริเวณนี้จะมี ไซโตไคนินสูง คาดว่าเชื้อราสร้างขึ้นมาเพื่อดึงอาหารมาจากส่วนอื่น

3. ทำให้ตาข้างแตกออกมาหรือกำจัดลักษณะ Apical Dominanceได้ การเพิ่ม ไซโตไคนินให้กับตาข้างจะทำให้แตกออกมาเป็นใบได้ ทั้งนี้เพราะตาข้างจะดึงอาหารมาจากส่วนอื่นทำให้ตาข้างเจริญได้ เชื้อจุลินทรีย์บางชนิดสามารถสร้างไซโตไคนินกระตุ้นให้พืชเกิดการแตกตาจำนวนมากมีลักษณะผิดปกติ เช่น โรค Fascination นอกจากนั้นยังเร่งการแตกหน่อของพืช เช่น บอน และโกสน

4. ทำให้ใบเลี้ยงคลี่ขยายตัว กรณีเมล็ดของพืชใบเลี้ยงคู่งอกในความมืด ใบเลี้ยงจะเหลืองและเล็ก เมื่อได้รับแสงจึงจะขยายตัวขึ้นมา ซึ่งเป็นการควบคุมของไฟโตโครม แต่ถ้าหากให้ไซโตโคนินโดยการตัดใบเลี้ยงมาแช่ในไซโตไคนิน ใบเลี้ยงจะคลี่ขยายได้เช่นกัน ลักษณะดังกล่าวพบกับ แรดิช ผักสลัด และแตงกวา ออกซินและจิบเบอเรลลินจะไม่ให้ผลดังกล่าว

5. ทำให้เกิดการสร้างคลอโรพลาสต์มากขึ้น ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงทางคุณภาพอย่างหนึ่ง เช่น เมื่อ Callus ได้รับแสงและไซโตไคนิน Callus จะกลายเป็นสีเขียว เพราะพลาสติคเปลี่ยนเป็นคลอโรพลาสต์ได้ โดยการเกิดกรานาจะถูกกระตุ้นโดยไซโตไคนิน

6. ทำให้พืชทั้งต้นเจริญเติบโต

7. กระตุ้นการงอกของเมล็ดพืชบางชนิด



กรดแอบซิสิค (Abscisic Acid) หรือ ABA

ในการศึกษาถึงการร่วงของใบ การพักตัวของตาและเมล็ดในช่วงปี ค.ศ. 1950-1960 นั้น ชี้ให้เห็นว่าเป็นไปได้ว่ามีสารระงับการเจริญปรากฏอยู่ในต้นพืช โครงสร้างของสารเคมี ดังกล่าวถูกค้นพบในปี 1965 ในผล และใบของฝ้าย สารเคมีดังกล่าวได้รับการตั้งชื่อว่า กรดแอบซิสิค หรือ ABA และพบว่าเป็นสารจำพวกเซสควิเทอร์พีนอยด์

โมเลกุลของ ABA ประกอบด้วย asymmetric carbon atom จึงสามารถแสดงลักษณะของ optical isomerism ได้ อย่างไรก็ตามในสภาพธรรมชาติ ABA จะเกิดเพียงชนิด (+) enantiomorph เท่านั้น ABA ยังแสดงลักษณะ geometric isomerism ได้ด้วย side chain จะเป็น trans รอบๆ คาร์บอนตำแหน่งที่ 5 เสมอ แต่โมเลกุลสามารถเป็นได้ทั้ง cis- หรือ trans รอบๆ คาร์บอนตำแหน่งที่ 2 ABA ส่วนใหญ่ที่พบในพืชจะเป็น (+)-2-cis ABA แม้ว่าจะพบ (+)-2-trans ABA บ้างแต่น้อยมาก ดังนั้นรูป (+)-2-cis ของ ABA จึงมักหมายถึง ABA ทั่ว ๆ ไป

ABA ถูกแยกออกจากพืชหลายชนิดทั้งแองจิโอสเปิร์มส์ จิมโนสเปิร์มส์ เฟินและมอส (Angiosperms, Gymnosperms, Ferns และ Mosses)

การสังเคราะห์ ABA

ABA เป็นสารประกอบที่มีคาร์บอน 15 อะตอมและเป็นเซสควิเทอร์พีนอยด์ ดังนั้นวิถีการสังเคราะห์จึงใช้วิถีของการสังเคราะห์สารเทอร์พีนอยด์ โดยสังเคราะห์จากกรดเมวาโลนิคเปลี่ยนไปจนเป็นฟาร์นีซีล ไพโรฟอสเฟต (Farnesyl Pyrophosphate) อย่างไรก็ตามคาร์โรทีนอยส์ที่มีคาร์บอน 40 อะตอม เช่น ไวโอลาแซนธิน (Violaxanthin) สามารถถูกออกซิไดซ์ โดยใช้แสงเกิดเป็นสารที่มีโครงสร้างคล้ายคลึงกับ ABA และกลายเป็น ABA ในที่สุด แต่ในกระบวนการดังกล่าวต้องการแสงมาก แต่การเพิ่ม ABA บางกรณี เช่น ABA ซึ่งเกิดขึ้นในพืชที่ไม่ได้รับแสง (etiolated plant) เมื่อพืชเหล่านี้ขาดน้ำแม้ในสภาพความมืด ABA จะเพิ่มปริมาณมากขึ้น ดังนั้นจึงไม่น่าเป็นไปได้ว่า ABA เกิดจากคาร์โรทีนอยส์ ดังนั้นการเกิด ABA จึงเกิดจากวิถีที่สังเคราะห์สารเทอร์พีนอยด์ จากกรดเมวาโลนิค ผ่านฟาร์นีซีล ไพโรฟอสเฟตโดยอาจจะมี ABA เกิดจากคาร์โรทีนอยด์ได้บ้าง เล็กน้อยในเนื้อเยื่อบางชนิด

ABA สังเคราะห์ในใบแก่และผลแก่ และจะถูกกระตุ้นให้สังเคราะห์เมื่อขาดน้ำ โดยการสังเคราะห์เกิดในคลอโรพลาสต์ ดังนั้น ใบ ลำต้น และผลไม้สีเขียวจึงสังเคราะห์ ABA ได้ นอกจากนั้นแหล่งอาหารสำรองและรากของข้าวสาลีก็สามารถสังเคราะห์ ABA ได้ เมื่อเกิดการสังเคราะห์ ABA แล้ว ABA จะเคลื่อนย้ายจากใบไปสู่ส่วนอื่นๆ เช่น ยอดและไประงับการเจริญที่บริเวณนั้น อาจจะกระตุ้นให้เกิดการพักตัวของตาในเมล็ดอาจจะมีการสังเคราะห์ ABA ได้บ้าง หรืออาจจะเป็น ABA ซึ่งส่งจากใบ แต่ในเมล็ดมักจะมีปริมาณของ ABA อยู่มาก

เพราะว่าระดับ ABA ภายในต้นพืชมีปริมาณขึ้น ๆ ลง ๆ ตามอัตราการเจริญ พลังงานที่ทำงานได้ของน้ำในต้นพืช และฤดูกาล ดังนั้นแสดงว่าในต้นพืชต้องมีการทำลาย ABA ด้วย แต่กลไกการทำลายยังไม่ทราบแน่ชัดนัก แต่พบว่าถ้าหากให้ 14C-ABA แก่พืช ABA ดังกล่าวจะเปลี่ยนไปเป็นกลูโคสเอสเตอร์ของ ABA อย่างรวดเร็ว (Glucose Ester) ซึ่งค่อนข้างจะเสถียรในต้นพืชและยังมีกิจกรรมคล้ายคลึงกับ ABA ส่วนการสลายตัวของ ABA นั้น เกิดขึ้นโดยเกิดไฮดรอกซีเลชั่นและออกซิเดชั่นของกลุ่มเมทธิลที่เกาะอยู่กับวงแหวน

ลักษณะภายใต้ความเครียดของพืช เช่น ขาดน้ำ ขาดอาหาร น้ำท่วม จะกระตุ้นให้เกิดการสังเคราะห์ ABA เพิ่มขึ้น ดังนั้น ABA อาจจะเพิ่มความต้านทานต่อความเครียดให้พืชได้



การหาปริมาณ ABA

1. Bioassay โดยทดสอบการยับยั้งการยืดตัวของโคลีออพไทล์ของพืชใบเลี้ยงเดี่ยว หรือใช้ใบของ Commelina ลอยใน ABA ในบรรยากาศที่ไม่มี CO2 จะทำให้ปากใบปิด

2. ใช้ Gas chromatograph นับว่าใช้ได้ผลดีกว่าฮอร์โมนชนิดอื่นเพราะมีคุณสมบัติ ในการจับอีเลคตรอนได้ดีและดูดกลืนแสงอุลตราไวโอเล็ตได้

ความสัมพันธ์ของโครงสร้างและกิจกรรมของ ABA

ทั้ง ABA ที่เกิดตามธรรมชาติ (+) type dextrorotary และสังเคราะห์ (-) เป็น optical enantiomers กัน มีประสิทธิภาพต่อพืชเท่ากันแต่ 2-cis geometric isomer เท่านั้นที่มีคุณสมบัติของฮอร์โมน จากการสกัด ABA ในพืชนั้น พบว่ามี 2-trans isomer อยู่เพียงเล็กน้อยเท่านั้น และอาจจะเป็นไปได้ว่าเปลี่ยนแปลงมาจาก 2-cis ในระหว่างกระบวนการสกัด ส่วนลักษณะของโครงสร้างอื่น ๆ ที่จำเป็นต่อคุณสมบัติของ ABA นั้น ยังไม่ทราบแน่ชัดนัก นอกจากว่าวงแหวนต้องมี double bond



การสลายตัวของ ABA

1. เมื่อ ABA เปลี่ยนจากรูปของ cis ไปเป็น trans isomer ก็จะหมดคุณสมบัติในการทำให้พืชตอบสนองทางสรีรวิทยา

2. ถูกออกซิไดซ์กลายเป็น Phaseic acid

3. เกิดเป็นรูปที่รวมกับสารอื่น เช่น เกิด Glucose ester

4. เกิดเป็นสารประกอบกลุ่ม Methyl ester ซึ่งอาจจะยังมีผลต่อการตอบสนองของพืชบ้าง แต่น้อยลง และไม่กระตุ้นให้เกิดการปิดของปากใบ



การเคลื่อนที่ของ ABA

การให้ ABA แก่ใบแก่หรือรากจะก่อให้เกิดการหยุดการเจริญเติบโตกับส่วนอื่น ๆ ของพืชได้ จึงแสดงให้เห็นว่า ABA เคลื่อนที่ได้ และจากการศึกษาพบว่าเคลื่อนที่ได้ในทุกทิศทางโดยไม่มีโพลารีตี้ แต่ในราก ABA อาจจะเคลื่อนที่ในลักษณะเบสิพีตัล และโดยทั่ว ๆ ไป ABA อาจจะเคลื่อนที่ไปในท่อน้ำและท่ออาหาร พบ ABA มากที่ใบแก่ ผลแก่ และพืชที่ขาดน้ำ



กลไกในการทำงานของ ABA

ABA มีกลไกการทำงานคล้ายคลึงกับฮอร์โมนพืชชนิดอื่นๆ คือจะเปลี่ยนระดับและกิจกรรมของเอนไซม์ในรูปเมตาบอลิสม์ของกรดนิวคลีอิค ABA สามารถชะงักการปรากฏของแอลฟาอะมัยเลสในเซลล์อะลีโรนของข้าวบาร์เลย์ได้

ในทำนองเดียวกันกลไกของการทำงานของ ABA คล้ายคลึงกับฮอร์โมนชนิดอื่นๆ คือ เกี่ยวข้องกับการควบคุมเมตาบอลิสม์ของกรดนิวคลีอิค และการสังเคราะห์โปรตีน ซึ่งการควบคุมอาจจะเกิดได้หลายวิธี เช่น ABA กระตุ้นกิจกรรมของเอนไซม์ไรโบนิวคลีเอส (Ribonuclease) หรือ RNase ซึ่งจะทำลาย RNA ทำให้อัตราการสังเคราะห์โปรตีนลดลง แต่อย่างไรก็ตามมีข้อขัดแย้งว่า ABA สามารถลดการสังเคราะห์ RNA ลงได้ภายใน 3 ชั่วโมง หลังจากที่พืชได้รับ ABA แต่จริงๆ แล้วกิจกรรมของ RNase จะเพิ่มขึ้น หลังจากนั้น 8 ชั่วโมง ซึ่งชี้ให้เห็นว่าผลของ ABA ในชั้นต้นไม่ใช่การสังเคราะห์ RNase แต่ยังไม่ทราบแน่ชัดว่าคืออะไร

ในทางตรงกันข้ามกับสภาวะที่ ABA ก่อให้เกิดการลดปริมาณ RNA รวมของเซลล์ มีการพบว่าในเนื้อเยื่ออะลีโรนของข้าวบาร์เลย์นั้นพบว่า การสังเคราะห์แอลฟาอะมัยเลสถูกหยุดชะงัก โดย ABA ไม่มีผลต่อ RNA รวม หรือการสังเคราะห์โปรตีนรวมเลย ผลของ ABA ที่มีต่อแอลฟา อะมัยเลส อาจจะไม่ผ่านมาทางการสังเคราะห์ m-RNA ซึ่งแปลรหัสเพื่อสร้างแอลฟาอะมัยเลสด้วย คาดว่า ABA จะมีผลต่อ regulator RNA ที่ใช้ในกระบวนการ Translation ของแอลฟา อะมัยเลส

ถึงแม้ว่าจะทราบกันดีว่า ABA มีผลต่อการสังเคราะห์โปรตีน อย่างไรก็ตามมีผลของ ABA หลายกรณีที่เกิดขึ้นเร็วเกินกว่าที่จะอธิบายโดยกระบวนการนี้ เช่น การปิดของปากใบ ซึ่งเกิดภายในไม่กี่นาทีที่ได้รับ ABA นอกจากนั้นการยืดตัวของโคลีออพไทล์ที่ได้รับออกซิน จะหยุดชะงักภายใน 2-3 นาที เมื่อได้รับ ABA จึงสรุปได้ว่า ABA มีผลต่อพืชโดยไม่ผ่านเมตาบอลิสม์ของ RNA ได้

ความสัมพันธ์ของ ABA กับการขาดน้ำ

ปริมาณของ ABA ในต้นพืชจะมีความสัมพันธ์โดยตรงกับค่า Water potential ของพืช ปริมาณ ABA ในต้น Ambrosia artemisifolia จะเพิ่มขึ้นทันทีเมื่อใบพืชชนิดนี้มี Water potential เป็น -10 บาร์ ส่วนในข้าวโพดจะอยู่ที่ -12 บาร์ ส่วนในถั่วปริมาณ ABA จะสูงขึ้นเมื่อ Water potential เท่ากับ -7 บาร์

การขาดน้ำทำให้เยื่อหุ้มคลอโรพลาสต์มี Permeability เพิ่มขึ้น ส่งผลให้เกิดการ รั่วไหลของ ABA จากคลอโรพลาสต์ซึ่งเป็นบริเวณที่สะสม ABA ของใบปกติ การลดปริมาณของ ABA ในคลอโรพลาสต์จะกระตุ้นให้มีการสังเคราะห์ ABA เพิ่มขึ้น เมื่อพืชได้รับน้ำเยื่อหุ้มคลอโรพลาสต์จะไม่ยอมให้ ABA รั่วไหลออกมา ทำให้เกิดการหยุดสังเคราะห์ ABA ในคลอโรพลาสต์ ซึ่งเป็น Feedback mechanism

ABA กระตุ้นให้เกิดการปิดของปากใบได้เพราะ ABA จะระงับการผ่านของ K+ เข้าสู่ Guard cell และกระตุ้นให้ Matate รั่วไหลออกจาก Guard cell และนอกจากนั้น ABA ยังระงับการแลกเปลี่ยนประจุ H+ และ K+ ของ Guard cell ทำให้ปริมาณของ K+ และ Malate ใน Guard cell มีน้อย ทำให้ค่า Water potential สูงขึ้น น้ำจึงไหลออกจาก Guard cell ทำให้ปากใบปิดได้



ผลของ ABA ต่อพืช

1. ลดการคายน้ำโดยกระตุ้นให้ปากใบปิด ซึ่งพืชตอบสนองได้ภายใน 1-15 นาที หลังจากได้รับ ABA ในพืชที่ขาดน้ำจะมีปริมาณ ABA เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นการลดการคายน้ำของพืช

2. กระตุ้นให้เกิดการพักตัวของตา ซึ่งจะเกิดกับพืชเขตอบอุ่น พบว่าเมื่อให้ ABA กับตาที่กำลังเจริญเติบโต จะทำให้ตาชะงักการเจริญเติบโตและเข้าสู่การพักตัวตามปกติ การให้ GA จะลดผลของ ABA ที่ทำให้ตาพักตัวได้

3. การร่วงของใบและดอก เช่น ในฝ้าย ผลแก่ที่ร่วงเองจะมี ABA สูงมาก

4. เร่งกระบวนการเสื่อมสภาพของใบ



ที่มา http://web.agri.cmu.ac.th/hort/course/3 ... one.htm#au