Controllo genetico dei fiori
Una varietà di geni controlla lo sviluppo dei fiori, che comporta la maturazione sessuale e la crescita degli organi riproduttivi, come mostrato dal modello ABC.
Obiettivi di apprendimento
Diagramma il modello ABC dello sviluppo dei fiori e identifica i geni che controllano tale sviluppo
Punti chiave
Punti chiave
- Lo sviluppo dei fiori descrive il processo con cui le angiosperme (piante da fiore) producono un modello di espressione genica nei meristemi che porta alla comparsa di un fiore; la funzione biologica di un fiore è quella di aiutare la riproduzione.
- Perché la fioritura avvenga, devono avvenire tre sviluppi: (1) la pianta deve raggiungere la maturità sessuale, (2) il meristema apicale deve trasformarsi da meristema vegetativo a meristema floreale, e (3) la pianta deve far crescere i singoli organi del fiore.
- Questi sviluppi sono avviati utilizzando la trasmissione di un segnale complesso noto come florigen, che coinvolge una varietà di geni, tra cui CONSTANS, FLOWERING LOCUS C e FLOWERING LOCUS T.
- L’ultimo sviluppo (la crescita dei singoli organi del fiore) è stato modellato usando il modello ABC dello sviluppo del fiore.
- I geni di classe A influenzano sepali e petali, i geni di classe B influenzano petali e stami, i geni di classe C influenzano stami e carpelli.
Termini chiave
- sepalo: una parte di un’angiosperma, e una delle parti componenti del calice; collettivamente i sepali sono chiamati calice (plurale calice), il verticillo più esterno delle parti che formano un fiore
- stame: nelle piante da fiore, la struttura in un fiore che produce il polline, tipicamente costituita da un’antera e un filamento
- verticillo: un verticillo; un gruppo di parti simili come le foglie che si irradiano da un asse comune
- biennale: una pianta che richiede due anni per completare il suo ciclo vitale
- verticillo: un cerchio di tre o più foglie, fiori o altri organi, intorno alla stessa parte o articolazione di un fusto
- meristema apicale: il tessuto nella maggior parte delle piante che contiene cellule indifferenziate (cellule meristematiche), che si trova nelle zone della pianta dove la crescita può avvenire sulla punta di una radice o di un germoglio.
- angiosperma: una pianta i cui ovuli sono racchiusi in un ovario
- perenne: una pianta che è attiva tutto l’anno o che sopravvive per più di due stagioni vegetative
- primordio: un’aggregazione di cellule che è il primo stadio nello sviluppo di un organo
Controllo genetico dei fiori
Lo sviluppo dei fiori è il processo con cui le angiosperme producono un modello di espressione genica nei meristemi che porta alla comparsa di un fiore. Un fiore (chiamato anche fiore o bocciolo) è la struttura riproduttiva che si trova nelle piante da fiore. Ci sono tre sviluppi fisiologici che devono avvenire affinché la riproduzione abbia luogo:
Anatomia di un fiore: I fiori maturi aiutano la pianta nella riproduzione. Per ottenere la riproduzione, la pianta deve diventare sessualmente matura, il meristema apicale deve diventare un meristema floreale, e il fiore deve sviluppare i suoi singoli organi riproduttivi.
- la pianta deve passare dall’immaturità sessuale ad uno stato sessualmente maturo
- il meristema apicale deve trasformarsi da meristema vegetativo in meristema floreale o infiorescenza
- i fiori i singoli organi devono crescere (modellato usando il modello ABC)
Sviluppo del fiore
Un fiore si sviluppa su un germoglio o asse modificato a partire da un meristema apicale determinato (determinato significa che l’asse cresce fino a una determinata dimensione). Il passaggio alla fioritura è uno dei maggiori cambiamenti di fase che una pianta fa durante il suo ciclo vitale. La transizione deve avvenire in un momento favorevole alla fecondazione e alla formazione dei semi, assicurando così il massimo successo riproduttivo. Per fiorire in un momento appropriato, una pianta può interpretare importanti spunti endogeni e ambientali come i cambiamenti nei livelli di ormoni vegetali e i cambiamenti stagionali di temperatura e fotoperiodo. Molte piante perenni e la maggior parte delle piante biennali richiedono la vernalizzazione per fiorire.
Controllo genetico dello sviluppo dei fiori
Quando le piante riconoscono l’opportunità di fiorire, i segnali vengono trasmessi attraverso il florigeno, che coinvolge una varietà di geni, tra cui CONSTANS, FLOWERING LOCUS C e FLOWERING LOCUS T. Il florigeno viene prodotto nelle foglie in condizioni riproduttive favorevoli e agisce nelle gemme e nelle punte di crescita per indurre una serie di diversi cambiamenti fisiologici e morfologici.
Dal punto di vista genetico, due cambiamenti fenotipici che controllano la crescita vegetativa e floreale sono programmati nella pianta. Il primo cambiamento genetico riguarda il passaggio dallo stato vegetativo a quello floreale. Se questo cambiamento genetico non funziona correttamente, la fioritura non avverrà. Il secondo evento genetico segue l’impegno della pianta a formare i fiori. Lo sviluppo sequenziale degli organi delle piante suggerisce l’esistenza di un meccanismo genetico in cui una serie di geni vengono accesi e spenti in modo sequenziale. Questa commutazione è necessaria perché ogni verticillo ottenga la sua identità finale unica.
Modello ABC dello sviluppo dei fiori
Nel semplice modello ABC dello sviluppo floreale, tre attività geniche (chiamate funzioni A, B e C) interagiscono per determinare le identità di sviluppo delle primordie degli organi (singolare: primordi) all’interno del meristema floreale. Il modello ABC dello sviluppo dei fiori è stato sviluppato per la prima volta per descrivere l’insieme dei meccanismi genetici che stabiliscono l’identità degli organi floreali nelle Rosidi e nelle Asteridi; entrambe le specie hanno quattro verticilli (sepali, petali, stami e carpelli), che sono definiti dall’espressione differenziale di un certo numero di geni omeotici presenti in ogni verticillo.
Nel primo verticillo floreale solo i geni A sono espressi, portando alla formazione dei sepali. Nel secondo verticillo sono espressi entrambi i geni A e B, che portano alla formazione dei petali. Nel terzo verticillo, i geni B e C interagiscono per formare gli stami e nel centro del fiore i soli geni C danno origine ai carpelli. Per esempio, quando c’è una perdita di funzione del gene B, i fiori mutanti sono prodotti con sepali nel primo verticillo come al solito, ma anche nel secondo verticillo invece della normale formazione di petali. Nel terzo verticillo la mancanza della funzione B ma la presenza della funzione C imita il quarto verticillo, portando alla formazione di carpelli anche nel terzo verticillo.
Modello ABC dello sviluppo del fiore: I geni di classe A (blu) interessano sepali e petali, i geni di classe B (giallo) interessano petali e stami, i geni di classe C (rosso) interessano stami e carpelli.
La maggior parte dei geni centrali in questo modello appartiene ai geni MADS-box e sono fattori di trascrizione che regolano l’espressione dei geni specifici per ogni organo floreale.