Většina vašich oblíbených květin jsou mutanti

author
8 minutes, 36 seconds Read

pokud jste někdy zakoupili růži z obchodu, koupili jste mutanta. V celé historii se lidé setkali, obdivovali a byli mystifikováni mutantními květinami. Řecký filozof Theophrastus popsal dvojité květy v růžích před více než 2000 lety. Od té doby se dvojité květiny jako růže, pivoňky, pelargónie, měsíčky a garnations staly vyhledávanými a oceňovanými jako zahradní rostliny.

bílý květ
dvoukvětý květ. Foto StacyK, z Flickr a Wikimedia Commons.

nyní víme, že všechny tyto květiny (a mnoho dalších) jsou genetické mutanty. Extra okvětní lístky, po kterých toužíme, jsou ve skutečnosti zmutované pohlavní orgány. Trvalo nám tisíce let, než jsme přešli od pozorování Theophrastus k vědeckému pochopení toho, jak se tyto květiny staly tak krásnými.

na konci 18. století německý spisovatel a básník Goethe uznal, že mutanty lze použít ke studiu vývoje květin. Goethe vyvinul zájem o botaniku, když sloužil ve Výmarském dvoře, a později při pozorování různých druhů rostlin v Itálii na konci 1780.let. Dospěl k přesvědčení, že v každé rostlině existuje jediná sjednocující část těla, list, který vyložil ve svém klíčovém dokumentu z roku 1790 “ metamorfóza rostlin.“

otevřete jakoukoli květinu a uvidíte, kde Goethe dostal tento nápad. Většina květů obsahuje čtyři soustředné, vnořené kruhy orgánů, které nazýváme přesleny. Na základě jeho pozice v tomto plánu můžete určit, na jaký orgán se díváte. Od vnějšího přeslenu k vnitřnímu přeslenu jsou orgány: sepaly (obvykle zelené a listové), okvětní lístky (obvykle nápadné a atraktivní), tyčinky (mužské reprodukční orgány a producenti pylu) a nakonec karpely(ženské reprodukční orgány). Karpely obsahují vejce a po oplodnění rostou na ovoce, které obklopují semena.

 anatomie květů
části květu. Laura Aškelovičiūtė

na základě svých pozorování dvojitých růží Goethe navrhl, že různé části květů jsou rovnocenné, což vysvětlovalo, proč se orgány tak snadno přeměňují na sebe. Biologové měli smíšené reakce na Goethovu teorii. Zatímco někteří ho oslavovali jako otce morfologie, jiní věřili, že se snaží uměle ohýbat přírodu, aby odpovídal jeho názorům.

trvalo téměř 200 let experimentálně ověřit jeho teorie o vývoji květinových orgánů na genetické úrovni. Ale vědci k tomu nepoužili růže. Obrátili se na společný silniční plevel.

v roce 1873 Alexander Braun popsal mutanta“ dvoukvětého “ v běžné rostlině Arabidopsis, známé také jako řeřicha thaleová. V 80. letech si vědci uvědomili, že rostlina je ideální pro genetické studium díky malému genomu, krátkému generačnímu času, talentu pro snadnou mutaci a schopnosti přijímat a exprimovat cizí DNA.

Arabidopsis mutant s fenotypem „double flower“. Foto Daniel Ocampo z Flickr a Wikimedia Commons.

díky práci s Arabidopsis thaliana a Antirrhinum majus v 80. letech jsme konečně dostali odpověď na otázku, kterou se Goethe začal ptát před staletími: proč květiny vypadají tak, jak vypadají? Nyní víme, že čtyři třídy genů se překrývají a tvoří čtyři různé květinové orgány. K transformacím orgánů dochází, protože každá identita orgánů v květu je určena přítomností konkrétních kombinací proteinů. Změňte kombinace, změňte vytvořené orgány.

výzkum Arabidopsis thaliana v klíčové práci publikované v roce 1991 prohloubil naše chápání toho, jak se vyvíjejí normální a abnormální květiny. Z tohoto příspěvku vyšel dobře známý model ABC, označení začátku studijního oboru spojujícího genetiku a vývoj v květinách.

když vědci testovali různé verze mutací ve čtyřech genech, našli velkolepou řadu fyzických změn v orgánech květu. V jedné mutaci se sepaly vyvinuly buď jako karpely, nebo listy a okvětní lístky se vyvinuly jako tyčinky. Dvě verze mutací v jednom genu způsobily, že se okvětní lístky vyvinuly jako sepaly a tyčinky se vyvinuly jako karpely. Další dvě mutace ve třetím genu způsobily, že se tyčinky vyvinuly jako okvětní lístky, a místo karpelů se vyvinul zcela nový květ.

na základě údajů získaných z jejich jednotlivých mutantních linií autoři navrhli model, kde sepaly byly tvořeny pouze geny třídy a, okvětní lístky překrytím genů A A B, tyčinky geny B A C a carpely samotnými C.

květinové orgány a genové třídy, které je definují, přizpůsobené (Bowman, 1991). V příkladech dvojitých a trojitých mutantů představuje přítomnost dalších orgánů růst dalšího květu ze středu. Claire Meaders

pomocí tohoto modelu pak předpověděli, co uvidí, pokud vytvoří rostliny s mutacemi ve více třídách genů. Zkřížili rostliny s různými mutacemi dohromady a vytvořili takzvané“ dvojité „nebo“ trojité “ mutantní linie. Tyto mutantní linie potvrdily, že geny fungují napříč přeslenami. Bez genů B A C jsou exprimovány pouze geny a a všechny květy se vyvíjejí jako sepaly. Bez genů A A C nejsou ve vnějším přeslenu žádné geny květinové identity, takže existují pouze listy, žádné okvětní lístky. Mít pouze geny B vede k vývoji hybridních okvětních lístků / tyčinek ve druhém a třetím přeslenech absence genů C vede k iniciaci jiného květu ve čtvrtém přeslenu místo karpelu. Na základě jejich výsledků autoři dospěli k závěru, že tyto geny jsou nezbytné pro identitu orgánů v květech.

v průběhu času různé květinové linie provedly vylepšení a úpravy plánu těla. Model ABC však stále vyhovuje 300 000 druhům kvetoucích rostlin, které dnes existují, dokonce i těm, které radikálně odchýlily od základního plánu.

rostlina, kterou studuji, columbine (Aquilegia), má pět přeslenů místo čtyř. To se vyvinulo další přeslen s jiným typem orgánu, staminodium, mezi tyčinkami a karpely.

rastrovací elektronová mikroskopie obraz členitý poupě. Sepaly, okvětní lístky, a všechny kromě tří tyčinek byly odstraněny. Zobrazené orgány jsou přeslen staminodie obklopující přeslen karpelů v aquilegii. SEM image Claire Meaders

v aquilegii umožnily duplikace v genech třídy B více kopií genu B rozdělit práci a vyvinout novou funkci. Tradičně jsou geny B exprimovány v okvětních lístcích a tyčinkách. V aquilegii, jedna kopie genů B je exprimována primárně v okvětních lístcích, jedna kopie je specifická tyčinka, a jedna kopie byla ponechána, aby se vytvořil zcela nový přeslen, staminodium.

rastrovací elektronová mikroskopie obraz přeslen staminodia v Aquilegia. SEM image Claire Meaders

od starověkých filozofů po básníky 18. století až po dnešek jsme prošli dlouhou cestu v pochopení toho, jak se květiny vyvíjejí. Bylo pro mě obzvláště fascinující zjistit, jak mutace v tomto univerzálním plánu těla, který byl sám zděděn od kuželů, vedou k neuvěřitelné rozmanitosti v květinové podobě, kterou dnes vidíme. Přesto se máme stále co učit. Mám podezření, že příštích 30 let výzkumu biologie rostlin odhalí zcela nové souvislosti mezi krásou, kterou tak obdivujeme, a genetickým kódem, který leží pod ním.

  • Bowman, ml. Smyth, DR., Meyerowitz, EM. 1989. Geny směřující vývoj květin v Arabidopsis. Rostlinná Buňka. 1(1), 37-52. http:/ / dx. doi. org / 10. 1105 / tpc. 1. 1. 37
  • Bowman, ml. Smyth, DR., Meyerowitz, EM. 2012. ABC model vývoje květin: tehdy a teď. Rozvoj. 139, 4095-4098 doi: 10.1242 / dev.083972
  • Coen, e., Meyerowitz EM. 1991. Válka přeslenů: genetické interakce ovládající vývoj květin. Povaha. 353, 31-37. doi: 10.1038 / 353031a0
  • Coen, e.1999. Umění genů: Jak Se Organismy Dělají. Oxford University press. 61.
  • Coen, E.2001. Goethe a ABC model vývoje květin. C R Acad Sci III. 324 (6), 523-530. https://doi.org/10.1016/S0764-4469(01)01321-X
  • Goethe, JWV. Přeložil Arber, a.1946. Goethova Botanika: metamorfóza rostlin (1790). Chronica botanica.
  • Dornelas, MC., Dornelas O.2005. Od listu k květu: přehodnocení Goethova pojetí „metamorfózy rostlin“. Brazilský žurnál fyziologie rostlin. 17(4). http://dx.doi.org/10.1590/S1677-04202005000400001
  • Litt, A., Kramer E. 2010. ABC model a diverzifikace květinové orgánové identity. Semináře v buněčné & vývojové biologii. 21(1), 129-137. https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2009.11.019
  • Melzer, R., Wang YQ., Theißen, G.2010. Nazí a mrtví: ABC reprodukce gymnospermu a původ květu angiospermu. Semináře v buněčné & vývojové biologii. 21(1), 118-128. https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2009.11.015
  • Meyerowitz, EM. 2001. Prehistorie a historie výzkumu Arabidopsis. Fyziologie Rostlin. 125(1), 15-19. http:/ / dx. doi. org / 10. 1104/ s. 125. 1. 15
  • Sharma, B., Kramer, E. 2012. Sub-a neo-funkcionalizace paralogů APETALA3 přispěla k vývoji nové identity květinových orgánů v aquilegii (columbine, Ranunculaceae). 197(3), 949-957. http://dx.doi.org/10.1111/nph.12078
  • Theißen, G., Becker, A.2004. Gymnospermové Ortology květinových Homeotických genů třídy B a jejich vliv na pochopení původu květů. Kritický přehled v rostlinných vědách. 23 (2), 129-148. http://dx.doi.org/10.1080/07352680490433240
  • Theophrastus. Dotaz na rostliny, svazek II: knihy 6-9. Na Pachy. Znamení Počasí. Přeložil Arthur F. Hort. Loeb Klasická Knihovna 79. 1916. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1916. http://dx.doi.org/10.4159/DLCL.theophrastus-enquiry_plants.

Similar Posts

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.