花の発生とABCモデル

花は4つの同心円状の器官の渦から構成されており、優美なABCモデルは、少数の重複する遺伝子セットが各渦にそのアイデンティティをどのように割り当てるかを説明しています。これは植物発生遺伝学の基礎的な成果の一つです。

Definition

花の発生とは、栄養シュート頂が花メリステムに変換され、萼片、花弁、雄しべ、心皮へとパターン形成される過程であり、ABCモデルは器官のアイデンティティがどのように特定されるかを説明する遺伝的枠組みです。

Scope

このトピックでは、開花への移行、花メリステムの渦への組織化、および花の器官アイデンティティの遺伝的ABC(DE)モデルについて扱います。これには、その確立に寄与したホメオティック変異体とMADSボックス転写因子が含まれます。

Core questions

• シュートメリステムはどのようにして明確な渦を持つ花メリステムになるのでしょうか？
• A、B、Cクラスの遺伝子はどのように組み合わさって花の器官のアイデンティティを特定するのでしょうか？
• ホメオティックな花の変異体は、花のパターン形成の論理について何を明らかにしているのでしょうか？

Key theories

ABC組み合わせモデル

3つのクラスのホメオティック遺伝子活性が、4つの渦にわたる重複する領域で作用します。A単独で萼片を、AとBで花弁を、BとCで雄しべを、C単独で心皮を特定するため、あるクラスの欠損は器官を予測可能に変換します。

MADSボックス転写因子

ほとんどの花のアイデンティティ遺伝子は、多量体複合体を形成するMADSボックス転写因子をコードしており、これは組み合わせABCコードとその後のDおよびE拡張の分子基盤を提供します。

Mechanisms

花の器官アイデンティティ遺伝子は、若い花メリステムの明確に定義された重複する領域で発現します。Aクラスの活性は外側の2つの渦で、Bクラスは中央の2つの渦で、Cクラスは内側の2つの渦で組み合わされ、各渦が萼片、花弁、雄しべ、または心皮の発生を指示する独自のコードを受け取ります。A機能とC機能は相互に拮抗します。これらの遺伝子は、四量体複合体を形成するMADSドメインタンパク質をコードしており、この相互作用は後のカルテットモデルで捉えられました。機能喪失変異は、ある器官タイプから別の器官タイプへのホメオティック変換を引き起こします。

Clinical relevance

ABCフレームワークは観賞植物の育種を導きます。例えば、バラや多くの園芸植物における花の八重咲きは、器官アイデンティティ遺伝子活性の変化を反映しており、作物の花や果実の構造を操作する取り組みにも情報を提供します。

History

1980年代後半のアラビドプシスとキンギョソウにおける並行した遺伝学的スクリーニングにより、ホメオティックな花の変異体が同定され、1991年にコーエンとマイヤーウィッツがこれらをABCモデルとして統合しました。その後の分子生物学的研究によりMADSボックス遺伝子が同定され、DおよびE機能によってモデルが拡張されました。

Key figures

• Enrico Coen
• Elliot Meyerowitz
• Günter Theißen

Seminal works

• coen1991
• taiz2015

Frequently asked questions

花の4つの渦とは何ですか？

外側から内側へ、典型的な花は4つの渦を持っています：萼片、花弁、雄しべ、心皮であり、ABCモデルは各渦のアイデンティティが遺伝的にどのように特定されるかを説明します。

ABC変異体では何が起こりますか？

遺伝子クラスの欠損はホメオティックな変換を引き起こします。例えば、Cクラスの活性を失うと、雄しべは花弁に、心皮は萼片に変換され、多くの栽培植物に見られる華やかな八重咲きの花が生成されます。