Sự phát triển của hoa và mô hình ABC

Hoa được cấu tạo từ bốn vòng xoắn đồng tâm của các cơ quan, và mô hình ABC thanh lịch giải thích cách một tập hợp nhỏ các gen chồng chéo gán cho mỗi vòng xoắn một bản sắc riêng — một trong những kết quả nền tảng của di truyền học phát triển thực vật.

Definition

Sự phát triển của hoa là quá trình một đỉnh chồi sinh dưỡng được chuyển đổi thành mô phân sinh hoa và được tạo hình thành đài hoa, cánh hoa, nhị hoa và lá noãn, và mô hình ABC là khuôn khổ di truyền giải thích cách bản sắc cơ quan được xác định.

Scope

Chủ đề này bao gồm sự chuyển đổi sang ra hoa, sự tổ chức của mô phân sinh hoa thành các vòng xoắn, và mô hình di truyền ABC(DE) về bản sắc cơ quan hoa, bao gồm các đột biến biến đổi hình thái (homeotic mutants) và các yếu tố phiên mã MADS-box đã thiết lập mô hình này.

Core questions

• Làm thế nào một mô phân sinh chồi trở thành một mô phân sinh hoa với các vòng xoắn riêng biệt?
• Làm thế nào các lớp gen A, B và C kết hợp để xác định bản sắc cơ quan hoa?
• Các đột biến hoa biến đổi hình thái (homeotic floral mutants) tiết lộ điều gì về logic tạo hình hoa?

Key theories

Mô hình tổ hợp ABC

Ba lớp hoạt động gen biến đổi hình thái (homeotic gene activity) hoạt động trong các miền chồng chéo trên bốn vòng xoắn — A một mình xác định đài hoa, A cộng B xác định cánh hoa, B cộng C xác định nhị hoa, và C một mình xác định lá noãn — do đó, việc mất một lớp sẽ biến đổi các cơ quan một cách có thể dự đoán được.

Các yếu tố phiên mã MADS-box

Hầu hết các gen xác định bản sắc hoa mã hóa các yếu tố phiên mã MADS-box kết hợp thành các phức hợp đa phân tử, cung cấp cơ sở phân tử cho mã ABC tổ hợp và các phần mở rộng D và E sau này của nó.

Mechanisms

Các gen xác định bản sắc cơ quan hoa được biểu hiện trong các vùng xác định, chồng chéo của mô phân sinh hoa non. Hoạt động của lớp A ở hai vòng ngoài cùng, lớp B ở hai vòng giữa, và lớp C ở hai vòng trong cùng kết hợp lại để mỗi vòng xoắn nhận được một mã độc đáo chỉ đạo sự phát triển của đài hoa, cánh hoa, nhị hoa hoặc lá noãn; chức năng A và C đối kháng lẫn nhau. Các gen mã hóa các protein miền MADS tập hợp thành các phức hợp tứ phân tử, một tương tác được ghi lại trong mô hình tứ phân tử sau này, và các đột biến mất chức năng gây ra sự chuyển đổi hình thái (homeotic conversions) từ loại cơ quan này sang loại cơ quan khác.

Clinical relevance

Khuôn khổ ABC hướng dẫn việc lai tạo cây cảnh — ví dụ, sự nhân đôi của hoa hồng và nhiều cây cảnh trong vườn phản ánh hoạt động gen xác định bản sắc cơ quan bị thay đổi — và cung cấp thông tin cho những nỗ lực thao túng cấu trúc hoa và quả trong cây trồng.

History

Các sàng lọc di truyền song song ở Arabidopsis và Antirrhinum vào cuối những năm 1980 đã xác định các đột biến hoa biến đổi hình thái (homeotic floral mutants), mà Coen và Meyerowitz đã tổng hợp thành mô hình ABC vào năm 1991; công trình phân tử sau đó đã xác định các gen MADS-box và mở rộng mô hình với các chức năng D và E.

Key figures

• Enrico Coen
• Elliot Meyerowitz
• Günter Theißen

Seminal works

• coen1991
• taiz2015

Frequently asked questions

Bốn vòng xoắn của một bông hoa là gì?

Từ ngoài vào trong, một bông hoa điển hình có bốn vòng xoắn: đài hoa, cánh hoa, nhị hoa và lá noãn, và mô hình ABC giải thích cách bản sắc của mỗi vòng xoắn được xác định về mặt di truyền.

Điều gì xảy ra trong một đột biến ABC?

Việc mất một lớp gen gây ra các biến đổi hình thái (homeotic transformations): ví dụ, mất hoạt động của lớp C sẽ biến nhị hoa thành cánh hoa và lá noãn thành đài hoa, tạo ra những bông hoa kép rực rỡ quen thuộc ở nhiều cây trồng.