あなたの好きな花のほとんどは突然変異体です

author
0 minutes, 52 seconds Read

あなたが店からバラを購入したことがあるなら、あなたは突然変異体を購入しました。 歴史を通して、人々は変異した花に遭遇し、賞賛され、神秘化されてきました。 ギリシャの哲学者テオフラストゥスは、2000年以上前にバラの二重の花を説明しました。 それ以来、バラ、牡丹、ゼラニウム、マリーゴールド、ガーネーションのような二重の花が求められ、庭の植物として評価されています。

白い花
二重花を咲かせます。 Flickrとウィキメディア-コモンズからStacyKによる写真。

私たちは今、これらの花のすべて(そしてより多くの)が遺伝的変異体であることを知っています。 私たちが切望する余分な花びらは、実際に変異した性器です。 テオフラストゥスの観察から、これらの花がどのように美しくなったかの科学的理解に至るまで、何千年もかかっています。

18世紀後半、ドイツの作家で詩人のゲーテは、花がどのように発達したかを研究するために突然変異体を使用できることを認識しました。 ゲーテはヴァイマル宮廷で働きながら植物学に興味を持ち、後に1780年代後半にイタリアでさまざまな種類の植物を観察していた。 彼はすべての植物の単一の統一体の部分があったと信じるようになりました,葉,彼は彼の精液でレイアウトしました1790紙,”植物の変態.”

花を開けて、ゲーテがこのアイデアを得た場所を見ることができます。 ほとんどの花は、私たちが渦巻きと呼ぶ4つの同心円状の入れ子になった器官の円を含んでいます。 この青写真内の位置に基づいて、どの臓器を見ているかを識別できます。 外のwhorlから内部のwhorlへの器官は次のとおりです: 萼片(通常は緑と葉のような)、花弁(典型的には派手で魅力的な)、雄しべ(男性の生殖器官と花粉の生産者)、そして最後にcarpels(女性の生殖器官)。 Carpelsには卵が含まれており、受精後に種子を囲む果実に成長します。

花の解剖学
花の部分。 Laura Aškelovičiště

ゲーテは、二重のバラの観察に基づいて、花の様々な部分がすべて同等であることを提案し、臓器が互いに容易に変換された理由を説明しました。 生物学者はゲーテの理論に混合反応を持っていた。 いくつかは、形態学の父として彼を歓迎しながら、他の人は、彼が人工的に彼の見解に準拠するために自然を曲げしようとしていたと信じていました。

花の器官の発達に関する彼の理論を遺伝子レベルで実験的に検証するには、ほぼ200年かかりました。 しかし、科学者はそれを行うためにバラを使用しませんでした。 彼らは一般的な道端の雑草になった。

1873年、Alexander Braunは、一般的な植物シロイヌナズナ(thale cressとしても知られている)の「二重花」変異体を記載しました。 1980年代までに、科学者たちは、植物は、その小さなゲノム、短い世代時間、簡単に変異するためのコツ、および外国のDNAを占有し、発現する能力のおかげで遺伝学的研究のために完璧であったことに気づきました。

“二重花”表現型を持つシロイヌナズナ変異体。 FlickrとWikimedia CommonsのDaniel Ocampoによる写真。

1980年代にシロイヌナズナとAntirrhinum majusで行われた作業のおかげで、私たちは最終的にゲーテが何世紀も前に尋ね始めていた質問に対する答えを得ました。 私たちは今、4つのクラスの遺伝子が重なり合って4つの異なる花の器官を形成することを知っています。 器官変換は、花の各器官の同一性がタンパク質の特定の組み合わせの存在によって指定されるために起こる。 組み合わせを変更し、作成された臓器を変更します。

シロイヌナズナの研究は、1991年に発表された独創的な論文で、正常および異常な花がどのように発達するかについての理解を深めました。 よく知られているABCモデルは、花の遺伝学と開発を結ぶ研究分野の始まりをマークし、この論文から登場しました。

研究者が4つの遺伝子の変異の異なるバージョンをテストしたとき、彼らは花の器官の物理的な変化の壮大な配列を発見しました。 一つの突然変異では、萼片は手根または葉のいずれかとして発達し、花弁は雄しべとして発達した。 一つの遺伝子の突然変異の二つのバージョンは、花弁が萼片として発達し、雄しべが手根として発達する原因となった。 第三の遺伝子の別の二つの突然変異は、雄しべが花弁として発達し、手根の代わりに全く新しい花が発達する原因となった。

単一の変異株から収集されたデータに基づいて、著者らは、萼片がaクラス遺伝子のみで形成され、花弁はA遺伝子とB遺伝子の重複によって形成され、雄しべはB遺伝子とC遺伝子によって形成され、carpelsはC単独で形成されるモデルを提案した。

花の器官とそれらを定義する遺伝子クラスは、(Bowman、1991)から適応されています。 二重変異体および三重変異体の例では、余分な器官の存在は、中心からの追加の花の成長を表す。 Claire Meaders

このモデルを使用して、彼らは複数のクラスの遺伝子に突然変異を持つ植物を作った場合に何が見えるかを予測しました。 彼らは、「二重」または「三重」変異株と呼ばれるものを生成し、一緒に異なる変異を持つ植物を交配しました。 これらの変異株は、遺伝子が渦巻き全体で機能することを確認した。 B遺伝子とC遺伝子がなければ、a遺伝子のみが発現され、花の渦巻きのすべてが萼片として発達する。 A遺伝子とC遺伝子がなければ、外側の渦巻きには花の同一性遺伝子がないので、葉だけがあり、花弁はありません。 B遺伝子のみを有することは、第二および第三の渦巻きでハイブリッド花びら/雄しべの開発につながるC遺伝子の不在は、手根の代わりに第四の渦巻きで別の花の開始につながる。 彼らの結果に基づいて、著者たちは、これらの遺伝子が花の器官の同一性に不可欠であると結論づけた。

時間の経過とともに、さまざまな花の系統が体の計画に微調整と調整を加えました。 しかし、ABCモデルは、今日存在する300,000種の顕花植物、基本計画から根本的な出発をしたものにも適合しています。

私が研究している植物、コロンバイン(Aquilegia)は、四つではなく五つの渦巻きを持っています。 それは雄しべとcarpelsの間の別のタイプの器官、staminodiumが付いている付加的なwhorlを、展開させた。

解剖された花芽の走査型電子顕微鏡画像。 萼片、花弁、および3本の雄しべを除くすべてが除去されています。 示されている器官はaquilegiaのcarpelsのwhorlを囲むstaminodiaのwhorlである。 Claire MeadersによるSEM画像

Aquilegiaでは、Bクラス遺伝子の重複により、B遺伝子の複数のコピーが作業を分割し、新しい機能を進化させることができました。 伝統的に、B遺伝子は花弁と雄しべの渦巻きで発現されています。 Aquilegiaでは、B遺伝子の1つのコピーが主に花弁で発現され、1つのコピーが雄しべ特異的であり、1つのコピーが全く新しい雄しべ、staminodiumを作成するために残された。

Aquilegiaのstaminodiaのwhorlの走査型電子顕微鏡画像。 Sem image by Claire Meaders

古代の哲学者から18世紀の詩人まで、今日まで、私たちは花がどのように発達するかを理解するのに長い道のりを歩んできました。 コーンから継承されたこの普遍的なボディプランの突然変異が、今日私たちが見ている花の形の信じられないほどの多様性にどのようにつながるかを学ぶことは、私にとって特に魅力的でした。 しかし、我々はまだ学ぶために多くを持っています。 私は、次の30年間の植物生物学研究が、私たちが賞賛する美しさとその下にある遺伝コードとの間の全く新しいつながりを明らかにすると思います。

  • ボウマンJL.、スマイス、ドクター、マイヤーウィッツ、エム。 1989. シロイヌナズナの花の開発を指示する遺伝子。 植物細胞。 1(1), 37-52. /////////// 土井 org/10. 1105/ 1. 1. 37
  • Bowman,JL.、スマイス、ドクター、マイヤーウィッツ、エム。 2012. 花の開発のABCモデル:その後、今。 開発。 139,4095-4098doi:10.1242/dev.083972
  • Coen,E.,Meyerowitz EM. 1991. 渦巻の戦争:花の発達を制御する遺伝的相互作用。 自然。 353, 31-37. do:10.1038/353031a0
  • Coen,E.1999. 遺伝子の芸術: どのように生物は自分自身を作る。 オックスフォード大学出版局。 61.
  • Coen,E.2001. ゲーテと花の開発のABCモデル。 C R Acad Sci III.324(6),523-530. https://doi.org/10.1016/S0764-4469(01)01321-X
  • ゲーテ、JWV。 1946年、アーバーによって翻訳された。 ゲーテの植物学:植物の変態(1790)。 クロニカ-ボタニカ
  • ドルネラス、MC。、ドルネラスO.2005。 葉から花へ:ゲーテの”植物の変態”に関する概念を再訪する。 植物生理学のブラジルのジャーナル。 17(4). http://dx.doi.org/10.1590/S1677-04202005000400001
  • Litt,A.,Kramer E.2010. ABCモデルと花の器官のアイデンティティの多様化。 細胞のセミナー&発生生物学。 21(1), 129-137. https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2009.11.019
  • Melzer,R.,Wang YQ.,テイセン,G.2010. 裸と死者:裸子植物の生殖のいろはと被子植物の花の起源。 細胞のセミナー&発生生物学。 21(1), 118-128. https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2009.11.015
  • 2001. シロイヌナズナの研究の先史時代と歴史。 植物生理学。 125(1), 15-19. /////////// 土井 org/10. 1104/125頁 1. 15
  • Sharma,B.,Kramer,E.2012. APETALA3パラログのサブとネオ機能化は、Aquilegia(コロンバイン、Ranunculaceae)における新しい花の器官のアイデンティティの進化に貢献しています。 197(3), 949-957. http://dx.doi.org/10.1111/nph.12078
  • Theißen,G.,Becker,A.2004. クラスBの花のHomeotic遺伝子の裸子植物のオルソログと花の起源を理解する上での影響。 植物科学における重要なレビュー。 23 (2), 129-148. http://dx.doi.org/10.1080/07352680490433240
  • テオフラストゥス。 植物への問い合わせ、第二巻:書籍6-9。 臭いについて。 天気標識。 アーサー-F-ホート訳。 ロブ古典図書館79. 1916. ケンブリッジ大学、1916年ハーバード大学出版局。 http://dx.doi.org/10.4159/DLCL.theophrastus-enquiry_plants.

Similar Posts

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。