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植物生理花发育及基因调控修正

花匠小妙招
2024-10-12 20:27

plant physiology
花发育及基因调控
生命科学学院生技112班指导教师吕金印教授
、专题介络
二、花发育过程
三、ABC楼型
版花话导途径
五、最新进展
六、氨及展望
近年来,由于分子生物学和分子遗传学的飞速
发展,使植物发育生物学的研究取得了长足的进展,
而花发育的研究又是植物发育生物学重要热点之
人们可以从分子水平上认识花发育的本质。
继1990年在拟南芥和金鱼草中第一次分离到控
制花发育的同源异型基因以来,现已获得很多控制
花发育的突变体,克隆到了许多与花发育有关的基
因,并初步构建了花原基发育过程的遗传模型。
花发育分为成花诱导、花的发端及花器官发育3个阶段。
成花诱导:在环境及自身因子的作用下,植株开始从营
养生长向生殖生长转变,形成花序分生组织。植物成花
主要由4种途径诱导,即光周期途径、自主和春化途径、
碳水化合物或蔗糖途径、赤霉素途径。(后有详细介绍)
花的发端:花序分生组织转变为花分生组织,再分化形
成花器官原基。
花器官发育:花器官原基形成成熟的花器官。
拟南芥和金鱼草是研究花发育的基因调控常用的模式植物
stamens/ carpels
petals
se
pedicel
拟南芥
金鱼草
ABC模型的提出
Enrico Coen和 Elliot m. Meyerowitz基于拟南芥和金鱼草花的三类同源异
形突变以及它们之间的遗传关系,提出了花器官发育的ABC模型。论文发
表在 Nature上
Coen, . and . meyerowitz: The war of the whorls: genetic
interactions controlling flower development. Nature 353, 31-37.
Enrico Ce
Elliot M. Meyerowitz
ABC模型:拟南芥有5种决定花器官特征的基因:
Apetala(AP1)、 Apetala2(AP2)、
petal3(AP3)、 Pistillary(PI)和
Agamous(AG)。
这5种基因可归纳为A,B,C三组,每一组基因均在
相邻的两轮器官中起作用,即A组基因控制第1轮花萼和
第2轮花瓣;B组基因决定第2轮花瓣和第3轮雄蕊的发
育;C组基因调节第3轮雄蕊和第4轮心皮的发育。因而花
的每一轮器官受1组或相邻两组基因控制。A组基因单独
作用于萼片;A和B组基因决定花瓣的形成;B和C组共同决
定雄蕊发育;C组基因单独决定心皮的形成。
AP3/PI
如其中任何一类
或更多类的基因
发生突变而丧失
功能,则花的形
AP,/AP
AG
态发生将出现异
常
花萼花瓣雄蕊心皮
拟南芥花器官特征基因作用的ABc模型
AP1、AP2(A组)AP3、P(B组)和AGC组)
A
A B C
pP St P Sp Sepal on off off
petal onon off
C
same off on on
A
carpel off off on
注:SP=Sepa=萼片p= petal=花瓣
St= stamen=雄蕊C= carpel=心皮
随着研究的深入和克隆出的花同
源异型基因数量的增加,人们在拟南
至此,经典
芥中又相继发现了D类和E类基因。D
的ABC模型被修正和
类基因包括 SEEDSTICK(STK)、
发展,形成了目前
SHATTERPROOF1(SHP1)FI
广为接受的ABCD模
SHATTERPROOF2(SHP2)。这些基因共
同参与控制了胚珠的发育。在shpl
shp2stk三突变体中,胚珠和种子发
(AP3/PI)
育受阻且部分胚珠转变为叶状或心皮
状结构。E类基因包括 SEPALLATA
(APL/AP
(SEP1), SEPALLATA2
(SEP2), SEPALLATA3(SEP3)FI
( STEV/SHP丿SP2)
SEPALLATA4(SEP4)。在拟南芥中,
(SEPI/SEP2/SEP3/SEP4
ABC类基因与SEP基因联合表达可以使
叶片转化成为完整的花器官。
萼片}花瓣{雄蕊}心皮胚珠