Развитие цветка и ABC-модель

Цветок состоит из четырех концентрических кругов органов, и элегантная ABC-модель объясняет, как небольшой набор перекрывающихся генов определяет идентичность каждого круга — это один из основополагающих результатов генетики развития растений.

Definition

Развитие цветка — это процесс, при котором вегетативная верхушечная меристема превращается в цветочную меристему и формируется в чашелистики, лепестки, тычинки и плодолистики, а ABC-модель — это генетическая основа, объясняющая, как определяется идентичность органов.

Scope

Эта тема охватывает переход к цветению, организацию цветочной меристемы в круги и генетическую ABC(DE)-модель идентичности органов цветка, включая гомеозисные мутанты и транскрипционные факторы MADS-бокса, которые легли в ее основу.

Core questions

• Как меристема побега становится цветочной меристемой с различными кругами?
• Как классы генов A, B и C объединяются для определения идентичности органов цветка?
• Что гомеозисные мутанты цветков показывают о логике формирования цветка?

Key theories

Комбинаторная ABC-модель

Три класса активности гомеозисных генов действуют в перекрывающихся доменах по четырем кругам — A сам по себе определяет чашелистики, A плюс B — лепестки, B плюс C — тычинки, а C сам по себе — плодолистики — так что потеря класса предсказуемо трансформирует органы.

Транскрипционные факторы MADS-бокса

Большинство генов, определяющих идентичность цветка, кодируют транскрипционные факторы MADS-бокса, которые объединяются в мультимерные комплексы, обеспечивая молекулярную основу для комбинаторного ABC-кода и его более поздних расширений D и E.

Mechanisms

Гены, определяющие идентичность органов цветка, экспрессируются в определенных, перекрывающихся областях молодой цветочной меристемы. Активность класса A во внешних двух кругах, класса B в средних двух и класса C во внутренних двух объединяется таким образом, что каждый круг получает уникальный код, который направляет развитие чашелистиков, лепестков, тычинок или плодолистиков; функции A и C взаимно антагонистичны. Гены кодируют белки MADS-домена, которые собираются в тетрамерные комплексы, это взаимодействие отражено в более поздней квартетной модели, а мутации потери функции вызывают гомеозисные превращения одного типа органа в другой.

Clinical relevance

ABC-модель направляет селекцию декоративных растений — например, махровость цветков у роз и многих садовых растений отражает измененную активность генов, определяющих идентичность органов — и используется в усилиях по манипулированию структурой цветков и плодов у сельскохозяйственных культур.

History

Параллельные генетические скрининги на Arabidopsis и Antirrhinum в конце 1980-х годов выявили гомеозисные мутанты цветков, которые Коэн и Мейеровиц синтезировали в ABC-модель в 1991 году; молекулярные исследования позже идентифицировали гены MADS-бокса и расширили модель функциями D и E.

Key figures

• Enrico Coen
• Elliot Meyerowitz
• Günter Theißen

Seminal works

• coen1991
• taiz2015

Frequently asked questions

Каковы четыре круга цветка?

Снаружи внутрь типичный цветок имеет четыре круга: чашелистики, лепестки, тычинки и плодолистики, и ABC-модель объясняет, как генетически определяется идентичность каждого круга.

Что происходит при мутации ABC?

Потеря класса генов вызывает гомеозисные трансформации: например, потеря активности класса C превращает тычинки в лепестки, а плодолистики — в чашелистики, что приводит к появлению эффектных махровых цветков, характерных для многих культурных растений.