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影响花形成的基因调控机制

2020-07-09



E. Coen和E. Meyerowitz在1991年从阿拉伯芥和金鱼草,这两种模式植物中提出花的形成—ABC调控模式,花的形成基因由分生组织基因(flower meristern identity gene)所决定,这个基因可以当作一种转录因子,显示可以调节DNA的转录作用,并且进一步活化花的分生组织产生发育所需的基因,这些基因与花的形式发育关係密切,统称为器官确认基因(organ identity genes),係由三组不同基因相互作用调控,也就是ABC模式。以下将针对三组基因的调控方式进行说明。

花的俯视图由外而内依序为1花萼、2花瓣、3雄蕊和4雌蕊(图一),花的结构由A、B和C三种基因调控,其準则有二:

一、A基因和C基因会相互抑制,也就是两种基因相互为拮抗;

二、而B基因不受A和C基因所影响。

ABC模式(ABC model)的三种基因特性分别为以下四点:

一、当只有A基因活化时,会发育成花萼;

二、当A和B基因均活化,则可以共同发育为花瓣;

三、当B和C基因活化,可以共同发育为雄蕊;

四、当只有C基因活化时,该区域会发育为雌蕊。

ABC三组基因所调控花发育的区域依序填入图一,可以更清楚了解彼此间的相互关係,当三组基因发生突变时,会对花的发育造成影响,首先当A基因发生突变时,原先由A基因部位将由C基因取代之,因此1区块的位置将由C基因调控,2区块由B和C基因调控,3区块则由B和C基因调控,4区块则由C基因调控,也就是说当A基因发生突变时,花朵俯视图构造由外而内会出现雌蕊、雄蕊、雄蕊和雌蕊。

当B基因发生突变时,1区块的位置依旧为A基因调控,2区块由A基因调控,3区块由C基因调控,4区块由C基因调控,由此可知花朵由外而内依序出现花萼、花萼、雌蕊和雌蕊。当C基因发生突变时,原先的C基因所调控的部位将改为A基因取代之,1区块由A基因调控,2区块由A和B基因调控,3区块由A和B基因调控,4区块则为A基因调控,由外而内的花朵俯视构造依序为花萼、花瓣、花瓣和花萼。

影响花形成的基因调控机制

影响花形成的基因调控机制

而经过长达10年深入研究后,Theißen于2001年提出ABCDE模式,从原来的ABC模式更扩展延伸,提出D和E基因的影响,D基因负责调控卵细胞的形成,而E基因则调控花瓣、雄蕊、雌蕊和卵细胞,这也是目前较为广泛接受的花器形成模式。总和来说,ABE基因共同调控花瓣,BCE基因共同调控雄蕊,CE调控雄蕊和雌蕊,且D和E基因调控卵细胞的形成,详细内容请见图二。
根据以上花器形成调控基因的模式,将可以提供往后更多的研究,吕佳颖(2004)则针对此模式探讨华八仙科的类花瓣构造基因调控机制,结果发现A和E基因对于类花瓣基因有所表现,然而却发现大多数的B基因都不会在花瓣构造出现,推测可能另有其他基因负责调控。另外,对于花器形成基因的研究,也可应用在观赏花卉的改良及新品种的开发。

影响花形成的基因调控机制


参考资料
1. Coen, Henrico S. & Elliot M. Meyerowitz. 1991. The war of the whorls: Genetic interactions controlling flower development, Nature, 353: 31-37.
2. Theiben, G. 2001. Development of floral organ identity: stories from the MADS house. Current Opinion in Plant Biology 4: 75-85.
3. http://www.dbp.science.ru.nl/our%20research.htm
4. 吕佳颖(2004):玉叶金花类花瓣构造之花部器官决定基因表现研究。台北市,国立台湾大学生命科学院生态学与演化生物学研究所硕士论文,未出版。
5. 刘建武、孙成华和刘宁(2004):花器官决定的ABC模型和四因子模型。植物学通报,21(3),346-351。



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