การพัฒนาของดอกไม้และแบบจำลอง ABC

ดอกไม้ประกอบด้วยวงของอวัยวะสี่วงที่เรียงซ้อนกัน และแบบจำลอง ABC ที่สง่างามนี้อธิบายว่าชุดของยีนที่ทับซ้อนกันเพียงเล็กน้อยกำหนดเอกลักษณ์ของแต่ละวงได้อย่างไร ซึ่งเป็นหนึ่งในผลลัพธ์ที่เป็นรากฐานของการศึกษาพันธุศาสตร์การพัฒนาพืช

Definition

การพัฒนาของดอกไม้คือกระบวนการที่ยอดเจริญของพืชเปลี่ยนเป็นเนื้อเยื่อเจริญดอกและถูกจัดเรียงเป็นกลีบเลี้ยง กลีบดอก เกสรเพศผู้ และเกสรเพศเมีย และแบบจำลอง ABC คือกรอบแนวคิดทางพันธุกรรมที่อธิบายว่าเอกลักษณ์ของอวัยวะถูกกำหนดได้อย่างไร

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงการเปลี่ยนผ่านสู่การออกดอก การจัดระเบียบของเนื้อเยื่อเจริญดอกเป็นวง และแบบจำลองทางพันธุกรรม ABC(DE) ของเอกลักษณ์อวัยวะดอก รวมถึงการกลายพันธุ์แบบโฮมีโอติกและปัจจัยการถอดรหัส MADS-box ที่เป็นรากฐานของแบบจำลองนี้

Core questions

• เนื้อเยื่อเจริญยอดเปลี่ยนเป็นเนื้อเยื่อเจริญดอกที่มีวงที่แตกต่างกันได้อย่างไร?
• ยีนกลุ่ม A, B และ C รวมกันเพื่อกำหนดเอกลักษณ์ของอวัยวะดอกได้อย่างไร?
• การกลายพันธุ์ของดอกไม้แบบโฮมีโอติกเผยให้เห็นตรรกะของการจัดเรียงดอกไม้อย่างไร?

Key theories

แบบจำลองการรวมกันของ ABC

กิจกรรมของยีนโฮมีโอติกสามกลุ่มทำงานในโดเมนที่ทับซ้อนกันในสี่วง — A เพียงอย่างเดียวกำหนดกลีบเลี้ยง, A บวก B กำหนดกลีบดอก, B บวก C กำหนดเกสรเพศผู้, และ C เพียงอย่างเดียวกำหนดเกสรเพศเมีย — ดังนั้นการสูญเสียกลุ่มใดกลุ่มหนึ่งจะเปลี่ยนอวัยวะไปในทางที่คาดการณ์ได้

ปัจจัยการถอดรหัส MADS-box

ยีนกำหนดเอกลักษณ์ของดอกไม้ส่วนใหญ่เข้ารหัสปัจจัยการถอดรหัส MADS-box ที่รวมตัวกันเป็นสารเชิงซ้อนหลายหน่วย ซึ่งเป็นพื้นฐานระดับโมเลกุลสำหรับรหัส ABC แบบรวมกัน และส่วนขยาย D และ E ในภายหลัง

Mechanisms

ยีนกำหนดเอกลักษณ์ของอวัยวะดอกจะแสดงออกในบริเวณที่กำหนดและทับซ้อนกันของเนื้อเยื่อเจริญดอกอ่อน กิจกรรมของยีนกลุ่ม A ในสองวงนอกสุด กลุ่ม B ในสองวงกลาง และกลุ่ม C ในสองวงในสุดจะรวมกันเพื่อให้แต่ละวงได้รับรหัสเฉพาะที่นำไปสู่การพัฒนาของกลีบเลี้ยง กลีบดอก เกสรเพศผู้ หรือเกสรเพศเมีย; หน้าที่ของ A และ C จะเป็นปฏิปักษ์ต่อกัน ยีนเหล่านี้เข้ารหัสโปรตีนที่มีโดเมน MADS ซึ่งรวมตัวกันเป็นสารเชิงซ้อนแบบเตตระเมอร์ ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่ถูกอธิบายในแบบจำลองควอร์เท็ตในภายหลัง และการกลายพันธุ์ที่ทำให้สูญเสียการทำงานจะทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปแบบโฮมีโอติกของอวัยวะชนิดหนึ่งไปเป็นอีกชนิดหนึ่ง

Clinical relevance

กรอบแนวคิด ABC เป็นแนวทางในการปรับปรุงพันธุ์ไม้ประดับ ตัวอย่างเช่น การที่ดอกกุหลาบและไม้ดอกหลายชนิดมีกลีบดอกซ้อนกันสะท้อนถึงการเปลี่ยนแปลงกิจกรรมของยีนกำหนดเอกลักษณ์ของอวัยวะ และยังให้ข้อมูลสำหรับการปรับเปลี่ยนโครงสร้างดอกและผลในพืชเศรษฐกิจ

History

การคัดเลือกทางพันธุกรรมแบบคู่ขนานใน Arabidopsis และ Antirrhinum ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 ได้ระบุการกลายพันธุ์ของดอกไม้แบบโฮมีโอติก ซึ่ง Coen และ Meyerowitz ได้สังเคราะห์เป็นแบบจำลอง ABC ในปี 1991; งานวิจัยระดับโมเลกุลในภายหลังได้ระบุยีน MADS-box และขยายแบบจำลองด้วยหน้าที่ของ D และ E

Key figures

• Enrico Coen
• Elliot Meyerowitz
• Günter Theißen

Seminal works

• coen1991
• taiz2015

Frequently asked questions

ดอกไม้มีสี่วงอะไรบ้าง?

จากด้านนอกเข้าสู่ด้านใน ดอกไม้ทั่วไปมีสี่วง ได้แก่ กลีบเลี้ยง กลีบดอก เกสรเพศผู้ และเกสรเพศเมีย และแบบจำลอง ABC อธิบายว่าเอกลักษณ์ของแต่ละวงถูกกำหนดทางพันธุกรรมได้อย่างไร

เกิดอะไรขึ้นในการกลายพันธุ์แบบ ABC?

การสูญเสียยีนกลุ่มใดกลุ่มหนึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปแบบโฮมีโอติก: ตัวอย่างเช่น การสูญเสียกิจกรรมของยีนกลุ่ม C จะเปลี่ยนเกสรเพศผู้เป็นกลีบดอก และเกสรเพศเมียเป็นกลีบเลี้ยง ทำให้เกิดดอกซ้อนที่สวยงามซึ่งพบเห็นได้ในพืชที่ปลูกหลายชนิด