Otkriven uzrok evolucije cvijeta

Gen i faktor transkripcije određuju izgled lišća Physalisa

Physalis alkekengi MPI za uzgojno istraživanje
čitati naglas

U biljkama noćurka evolucijske inovacije mogu se promatrati iznova i iznova. Istraživači Maxa Plancka sada su istražili kako je riječ o novoj „cvjetnoj arhitekturi“ u Physalisu, takozvanom kineskom lanternu. Znanstvenici su u svojoj studiji mogli pokazati da je određeni gen i funkcioniranje povezanog faktora transkripcije u cvjetovima Physalisa razlog njihova neobičnog oblika perianth. Istraživači Max Planck istražili su porijeklo morfoloških noviteta u biljnom kraljevstvu - drevni fenomen evolucijske biologije.

Gotovo svake godine na cvjetnim tržnicama naći ćete nove varijante boja i oblika raznih biljnih obitelji. Mnoge od ovih pasmina uživaju opću popularnost i brzo pronalaze prodaju. Vječni fenomen evolucijske biologije, geneza morfoloških noviteta, posljednjih je godina sve više u središtu istraživačkih aktivnosti molekularnih biologa.

Kelnski istraživači Chaoying He i Heinz Saedler iz Instituta Max Planck za istraživanje uzgoja biljaka istraživali su evoluciju nove cvjetne arhitekture u Physalisu, takozvanom kineskom lanternu iz porodice noćasnjaka Solanaceae, i istražili su nastanak njihove neobične ovojne strukture, Solanacei uključuju rajčicu, krumpir, papriku, patlidžan i physalis

"Nightshade biljke su bogate evolucijskim novostima, Physalis je vrlo grafički primjer", objašnjava Heinz Saedler. Školjka poput balona oslobađa narančastu bobicu nakon sazrijevanja. Ljubitelji hladnih bifea cijene ih kao ukras na hrani.

Četiri kruga organa

Physalis ima cvijeće s četiri kruga organa. Svi organi su u cvjetnom pupoljku, u početku čvrsto zamotani sa školjkama, ali kasnije se otvaraju i oslobađaju latice, koji služe privlačenju oprašivača poput insekata i ptica. Muške stabljike i ženke tepiha slijede u unutarnjim organima. Novi proizvodi mogu se stvoriti u svim skupinama organa. Međutim, arhitektonske promjene posebno su lako prepoznati, kako u kruni, tako i u sepalima. prikaz

"Morfološke novosti rezultat su promjena u razvojnim procesima", kaže Saedler u časopisu PNAS. Za stvaranje fenjera Physalisa to znači da sepale počinju ponovo rasti nakon oplodnje i na kraju omotaju zreli plod. Molekularni biolozi ovu značajku nazivaju i Napuhani kaliks sindrom (ICS).

Da bi došli do dna uzroka sindroma upaljene čašice, molekularni biolozi usporedili su physalis s krumpirom. Oboje su iz obitelji Solanaceae, pa su usko povezani. Razlike u cvatu i plodoredu tek su neznatno, ali karakteristično različito izražene.

Znanstvenici su sumnjali na temelju prethodnih studija da faktor transkripcije u kutiji MADS mora biti uključen u stvaranje ICS-a u Physalisu. U biljkama postoji više od stotinu faktora MADS-a, koji - obično u kombinaciji - kontroliraju ekspresiju specifičnih gena. Na primjer, određena kombinacija proteina MADS-a odgovorna je za identitet organa u physalisu. To su već pokazali istraživači K lnera na modelu prije nekoliko godina.

Gene je ciljao

Usporedba ekspresije gena MPF2 u Physalisu i odgovarajućeg gena STMADS16 u krumpiru, koji oba kodiraju faktor transkripcije u MADS kutiji, konačno je stavila istraživače na pravi put. U krumpiru se STMADS16 izražava samo u vegetativnom tkivu. Suprotno tome, ekspresija MPF2 opaža se u physalis-u, također u cvjetnim tkivima.

Genetski dizajnirana RNAi, koja selektivno zaustavlja gene, uvelike je smanjila funkciju MPF2 u physalisu. To je imalo drastične posljedice: Transgene biljke su imale manje lišće, više nisu formirale lampione (ICS) i bile su muško sterilne. Iz toga su molekularni biolozi zaključili da je MPF2 očito potreban i za normalno formiranje listova i za stvaranje ICS. Nadalje, čini se da je MPF2 također dio muškog programa plodnosti.

Utvrđen je uzrok neobičnog izraza MPF2

Znanstvenici su se zatim upustili u uzrok neobične manifestacije MPF2 u organima Physalisa. Analiza genetske sekvence promotora, odnosno mjesta prebacivanja gena, STMADS16 i MPF2 pokazala je da su dva kontrolna segmenta potpuno različita. Zbog toga je različita ekspresija dvaju gena u krumpiru i physalisu razumljiva. MPF2 stimulira staničnu diobu na laticama i sepalima uz smanjenje veličine stanice. To je uvjerljivo potvrđeno kod transgenih biljaka krumpira u kojima je MPF2 također izražen u cvjetnim organima. Njezina uvelike povećana sepalica imala je mnogo malih stanica.

To je istraživačima omogućilo da dokažu da uporaba postojećeg transkripcijskog faktora i njegova integracija u drugi kontekst utječu na evoluciju ICS-a u physalis. Ovo može predstavljati princip evolucije morfoloških noviteta u biljnom carstvu.

(idw - MPG, 14.04.2005. - DLO)