Genetische Steuerung der Blüten
Eine Vielzahl von Genen steuert die Blütenentwicklung, die die sexuelle Reifung und das Wachstum der Fortpflanzungsorgane umfasst, wie das ABC-Modell zeigt.
Lernziele
Zeichnen Sie das ABC-Modell der Blütenentwicklung und identifizieren Sie die Gene, die diese Entwicklung steuern
Key Takeaways
Key Points
- Die Blütenentwicklung beschreibt den Prozess, durch den Angiospermen (blühende Pflanzen) ein Muster der Genexpression in Meristemen erzeugen, das zum Erscheinen einer Blüte führt; Die biologische Funktion einer Blüte ist die Hilfe bei der Fortpflanzung.
- Damit eine Blüte entstehen kann, müssen drei Entwicklungen stattfinden: (1) die Pflanze muss die Geschlechtsreife erreichen, (2) das apikale Meristem muss sich von einem vegetativen Meristem zu einem Blütenmeristem umwandeln, und (3) die Pflanze muss individuelle Blütenorgane ausbilden.
- Diese Entwicklungen werden durch die Übertragung eines komplexen Signals eingeleitet, das als Florigen bekannt ist und an dem eine Vielzahl von Genen beteiligt ist, darunter CONSTANS, FLOWERING LOCUS C und FLOWERING LOCUS T.
- Die letzte Entwicklung (das Wachstum der einzelnen Organe der Blüte) wurde mit dem ABC-Modell der Blütenentwicklung modelliert.
- Gene der Klasse A wirken auf Kelch- und Kronblätter, Gene der Klasse B auf Kron- und Staubblätter, Gene der Klasse C auf Staubblätter und Fruchtblätter.
Schlüsselbegriffe
- Kelchblatt: ein Teil eines Bedecktsamers und einer der Bestandteile des Kelchs; zusammen werden die Kelchblätter als Kelch (Plural Kelche) bezeichnet, der äußerste Wirtel von Teilen, die eine Blüte bilden
- Staubblatt: Bei Blütenpflanzen die Struktur in einer Blüte, die Pollen produziert, typischerweise bestehend aus einer Anthere und einem Filament
- Vertikil: ein Wirtel; eine Gruppe ähnlicher Teile wie Blätter, die strahlenförmig von einer gemeinsamen Achse ausgehen
- zweijährig: eine Pflanze, die zwei Jahre benötigt, um ihren Lebenszyklus zu vollenden
- Wirtel: Ein Kreis von drei oder mehr Blättern, Blüten oder anderen Organen, die sich um den gleichen Teil oder das gleiche Gelenk eines Stängels befinden
- Apikalmeristem: Das Gewebe in den meisten Pflanzen, das undifferenzierte Zellen (meristematische Zellen) enthält und sich in den Zonen der Pflanze befindet, in denen das Wachstum an der Spitze einer Wurzel oder eines Sprosses stattfinden kann.
- Angiospermen: eine Pflanze, deren Samenanlagen in einem Fruchtknoten eingeschlossen sind
- Staude: eine Pflanze, die das ganze Jahr über aktiv ist oder mehr als zwei Wachstumsperioden überdauert
- Primordium: eine Ansammlung von Zellen, die das erste Stadium in der Entwicklung eines Organs darstellt
Genetische Kontrolle der Blüte
Die Blütenentwicklung ist der Prozess, durch den Angiospermen ein Muster der Genexpression in Meristemen erzeugen, das zum Erscheinen einer Blüte führt. Eine Blüte (auch als Blume oder Blüte bezeichnet) ist die reproduktive Struktur, die man bei blühenden Pflanzen findet. Es gibt drei physiologische Entwicklungen, die stattfinden müssen, damit die Reproduktion stattfinden kann:
Anatomie einer Blüte: Ausgereifte Blüten dienen der Pflanze zur Fortpflanzung. Um die Fortpflanzung zu erreichen, muss die Pflanze geschlechtsreif werden, das Apikalmeristem muss zu einem Blütenmeristem werden und die Blüte muss ihre einzelnen Fortpflanzungsorgane entwickeln.
- Die Pflanze muss von der sexuellen Unreife in einen geschlechtsreifen Zustand übergehen
- Der apikale Meristem muss sich von einem vegetativen Meristem in einen Blütenmeristem oder Blütenstand verwandeln
- Die Blüten Die einzelnen Organe müssen wachsen (modelliert mit dem ABC-Modell)
Blütenentwicklung
Eine Blüte entwickelt sich an einem modifizierten Spross oder einer Achse aus einem determinierten apikalen Meristem (determiniert bedeutet, dass die Achse zu einer bestimmten Größe wächst). Der Übergang zur Blüte ist eine der wichtigsten Phasenveränderungen, die eine Pflanze während ihres Lebenszyklus durchläuft. Der Übergang muss zu einem Zeitpunkt erfolgen, der für die Befruchtung und die Bildung von Samen günstig ist und somit einen maximalen Reproduktionserfolg gewährleistet. Um zu einem geeigneten Zeitpunkt zu blühen, kann eine Pflanze wichtige endogene und umweltbedingte Hinweise interpretieren, wie z. B. Änderungen im Gehalt an Pflanzenhormonen und jahreszeitlich bedingte Temperatur- und Photoperiodenänderungen. Viele mehrjährige und die meisten zweijährigen Pflanzen benötigen eine Vernalisation, um zu blühen.
Genetische Kontrolle der Blütenentwicklung
Wenn Pflanzen eine Gelegenheit zur Blüte erkennen, werden Signale durch Florigen übertragen, an denen eine Vielzahl von Genen beteiligt ist, darunter CONSTANS, FLOWERING LOCUS C und FLOWERING LOCUS T. Florigen wird unter reproduktiv günstigen Bedingungen in den Blättern produziert und wirkt in Knospen und Wachstumsspitzen, um eine Reihe verschiedener physiologischer und morphologischer Veränderungen zu induzieren.
Aus genetischer Sicht sind in der Pflanze zwei phänotypische Veränderungen programmiert, die das vegetative und florale Wachstum steuern. Die erste genetische Veränderung betrifft den Wechsel vom vegetativen in den floralen Zustand. Wenn diese genetische Veränderung nicht richtig funktioniert, dann wird die Blüte nicht stattfinden. Das zweite genetische Ereignis folgt auf die Verpflichtung der Pflanze, Blüten zu bilden. Die sequenzielle Entwicklung der Pflanzenorgane legt nahe, dass ein genetischer Mechanismus existiert, bei dem eine Reihe von Genen nacheinander ein- und ausgeschaltet werden. Dieses Schalten ist notwendig, damit jeder Wirtel seine endgültige, einzigartige Identität erhält.
ABC-Modell der Blütenentwicklung
Im einfachen ABC-Modell der Blütenentwicklung interagieren drei Genaktivitäten (als A-, B- und C-Funktionen bezeichnet), um die Entwicklungsidentitäten der Organprimordien (Singular: Primordium) innerhalb des Blütenmeristems zu bestimmen. Das ABC-Modell der Blütenentwicklung wurde erstmals entwickelt, um die Gesamtheit der genetischen Mechanismen zu beschreiben, die die Identität der Blütenorgane bei den Rosiden und Asteriden festlegen; beide Arten haben vier Wirtel (Kelchblätter, Kronblätter, Staubblätter und Fruchtblätter), die durch die unterschiedliche Expression einer Reihe von homöotischen Genen in jedem Wirtel definiert sind.
Im ersten Blütenwirtel werden nur A-Gene exprimiert, was zur Bildung von Kelchblättern führt. Im zweiten Wirtel werden sowohl A- als auch B-Gene exprimiert, was zur Bildung von Blütenblättern führt. Im dritten Wirtel interagieren B- und C-Gene zur Bildung von Staubblättern und im Zentrum der Blüte führen allein C-Gene zur Bildung von Fruchtblättern. Bei einem Verlust der Funktion des B-Gens entstehen bei mutierten Blüten wie üblich Kelchblätter im ersten Wirtel, aber auch im zweiten Wirtel anstelle der normalen Petalenbildung. Im dritten Wirtel imitiert das Fehlen der B-Funktion, aber das Vorhandensein der C-Funktion den vierten Wirtel, was zur Bildung von Karpellen auch im dritten Wirtel führt.
ABC-Modell der Blütenentwicklung: Klasse-A-Gene (blau) wirken auf Kelch- und Kronblätter, Klasse-B-Gene (gelb) auf Kron- und Staubblätter, Klasse-C-Gene (rot) auf Staubblätter und Fruchtblätter.
Die meisten Gene, die in diesem Modell im Mittelpunkt stehen, gehören zu den MADS-Box-Genen und sind Transkriptionsfaktoren, die die Expression der für jedes Blütenorgan spezifischen Gene regulieren.