Regulacja ekspresji

genów u

organizmów

eukariotycznych.

III.

Genetyczna regulacja morfogenezy

u roślin

Geny odpowiedzialne za tożsamość

organów kwiatowych u A. thaliana

Morfologia kwiatu
dzikiego

A

- APETALA1

(AP1),
APETALA2
(AP2)

B

- APETALA3

(AP3),
PISTILLATA
(PI)

C

- AGAMOUS

(AG)

Gen lfy jest
konieczny dla
rozwoju
merystemu
kwiatowego

Sepal

– działki kielicha;

petal

– płatki korony;

stamen

– pręcikowie;

carpel

- słupkowie

Geny odpowiedzialne za tożsamość

organów kwiatowych u A. thaliana

okółek
1

okółek 2 okółek 3 okółek 4

typ
dziki

działki

kielich

a

płatki

korony

pręciko

wie

słupkow

ie

typ 1

słupko

wie

pręciko

wie

pręciko

wie

słupkow

ie

typ 2

działki

kielich

a

płatki

korony

płatki

korony

działki

kielicha

typ 3

działki

kielich

a

działki

kielicha

słupkow

ie

słupkow

ie

Mutacje genów tożsamości organów kwiatowych

u A. thaliana

Mutacje genów tożsamości organów

kwiatowych u A. thaliana

apetala
2

Mutacje genów tożsamości organów

kwiatowych u A. thaliana

pistila
ta

Mutacje genów tożsamości organów

kwiatowych u A. thaliana

Mutant
agamous

Typ
dziki

Fenotypy mutantów
Arabidopsis

Sepal

– działki kielicha;

petal

– płatki korony;

stamen

– pręcikowie;

carpel

- słupkowie

Model
ABCDE

S - sepal

– działki kielicha;

P - petal

– płatki korony;

S - stamen

– pręcikowie;

C - carpel

– słupkowie

O – ovule, ovary

– zalążek,

zalążnia

Geny D – seedstick, shatterproof

Geny E – sepallata 1, 2, 3, 4, 5

Mutacje genów tożsamości organów kwiatowych

u petunii

FBP1 (grupa B, podobny do PI)

FBP2 (grupa E, podobny do SEP)

FBP6 (grupa C, podobny do AG)

FBP7, 11 (grupa D)

http://www.dbp.science.ru.nl/our%20research.htm

Kwiat
jęczmienia, typ
dziki

Mutant mo,,a –
zredukowana liczba
pylników, więcej słupków i
znamion, wydłużone
znamiona

Mutant mo,,b –
zredukowana liczba
pylników, więcej słupków,
wydłużone lodikule (odp.
płatków korony)

Mutacje genów tożsamości organów kwiatowych

u jęczmienia

Kandydat: gen

pJS18-2

, podobny do innych genów z

rodziny MADS

Rodzina genów MADS

Geny tożsamości organów kwiatowych u rzodkiewnika:

AP1, AP2, AP3, PI, AG

, wyżlinu:

DEF (DEFICIENS), GLO

(GLOBOSA)

oraz wiele innych roślinnych i zwierzęcych

tworzą rodzinę genów MADS; kodują białka regulatorowe
–

regulatory transkrypcji

(TF – transcriptional factor)

posiadające domenę wiążącą MADS (MADS-box) na N-
terminalnym końcu

M

– MCM1 (drożdże)

A

– AG (rzodkiewnik)

D

– DEF (wyżlin)

S

– SRF (człowiek)

Mutant def u
wyżlinu

Rodzina genów MADS

rzodkiew
nik

drożd
że

człowiek

Podobieństwo genów
MADS u:
•rzodkiewnika
•leszczyny
•wyżlinu

„K-
box”

Genetyczne uwarunkowania reakcji w
warunkach in vitro

Jęczmień – niedojrzałe
zarodki

Żyto – niedojrzałe
kwiatostany

Loci cech ilościowych

kontrolujących zdolność do

regeneracji roślin in vitro

Cech
a

QTL

Chromoso
m

Przedział (długość
[cM])

Pozycj
a QTL

Wartoś
ć LOD

Efekt
addytyw
ny

%
wyjaśnia
nej
zmiennoś
ci

ECI

eci-1

5R

WMS6 – S32_900
(6.8)

0.0

3.59

-31.309

20.8

eci-2

6R

WRM229 –
SCM0068 (55.8)

4.0

3.23

-31.223

22.1

Σ

4.81

26.2

ESE

ese-1

1R

SCM0177 – S10_900
(24.3)

18.0

3.78

16.929

28.4

ese-2

4R

SCM0139 –
RMS1117 (14,4)

6.0

2.33

18.211

21.5

ese-3

5R

SCM109 – RMS1044
(35.7)

10.0

2.55

17.453

24.2

ese-4

6R

S_400 – SCM0078
(38.4)

28.0

3.64

10.581

41.6

Σ

7.69

69.1

ICI

ici-1

4R

SCM0047 –
SCM0139 (3.2)

0.0

2.32

8.029

11.4

ici-2

7R

M539_138 –
PB19_968 (27.1)

22.0

3.67

11.008

20.6

Σ

4.98

24.4

ISE

ise-2

7R

S45_550 – S45_520
(5.3)

0.0

2.40

-9.203

10.8

Charakterystyka QTLi kontrolujących reakcję niedojrzałych

zarodków (ECI, ESE) i niedojrzałych kwiatostanów (ICI,

ISE) żyta

7R

SCM0136

21.4

S45_550

5.0

S45_520

5.0

1.6

SCM0050

5.0

M1S39_222

6.5

RMS1012

3.3 RMS1018

1.7 SCM0063

2.2 REMS1135b

5.7

M3S38_130

14.8

OPN1_667

15.4

REMS1187

17.7

M5S39_138

22.3

PB19_968

28.8

M1S39_155

21.8

REMS1138

SCM86

0.7

SCM0041

ISE

ICI

ESE

ECI

6R

M1S29_198

11.9

SCM180

16.3

SCM0135

10.5

0.7

M3S39_190

16.7

WRM229

40.7

SCM0068

19.3

REMS1160

12.3

SCM0082

19.4

Q8_805

34.1

SCM2

6.3

S3_400

30.0

SCM0078

11.7

M1S29_145

RMS1121

SCM0168

5.9

5R

SCM0060

38.3

SCM268

14.3

SCM138

2.2

SCM0159

5.8

SCM109

28.2

RMS1044

27.7

RMS1115

4.6
8.9

SCM0152

11.5

D16_820

26.4

SCM0164

6.2

REMS1186

2.9

REMS1266

1.5

SCM0029

6.9

SCM0151

23.3

WMS6

6.4

S32_900

20.3

SCM0172

10.3

SCM0179

9.1

M5S38_100

SCM0077

REMS1132

SCM0098

RMS1063

1R

S44_750

10.3

S44_700

5.9

RE1135c

3.9

M5S38_146

4.6

SCM0107

3.1

SCM9

5.8

SCM0177

20.3

S10_900

SCM0021

4R

2R

SCM0099

REMS1130

S17_1000

19.8

E4_820

10.9

REMS1261

5.1

SCM75

9.6

RMS1042

5.1

SCM43

4.0

SCM0023

0.7

M5S39_185

SCM0091

SCM0087

SCM0095

S3_950

21.7

S42_650

11.5

REMS1277

10.9

M3S38_210

15.8

S10_750

9.2

M5S39_260

20.6

M5S38_110

12.1

4.9

WMS2

2.9

SCM206

1.7

5.0 SCM0084

3.3 SCM0162

5.1 F17_850
7.1

F17_1700

20.8

S27_850

10.6

SCM0112

3R

19.6

12.8

SCM101

SCM0047

3.1

SCM0139

RMS1117

2.3

WRM230

Mapa sprzężeń markerów molekularnych i zlokalizowane

na niej QTLe kontrolujące reakcję niedojrzałych zarodków

(ECI, ESE)

i niedojrzałych kwiatostanów (ICI, ISE) żyta

(A) Niedojrzały zarodek somatyczny (B) pierwotne
zarodki somatyczne (SE) (C) kalus embriogeniczny (D, E)
wtórne zarodki (F) kalus embriogeniczny o niskiej
kompetencji (G) trzeciorzędowe zarodki somatyczne

Somatyczna embriogeneza u
rzodkiewnika

Journal of Experimental Botany, Vol. 53, No. 374, pp. 1575-1580

Geny ulegające ekspresji podczas

somatycznej embriogenezy

Gen

Gatunek Funkcja (białko)

SERK
LEC1, LEC2,
LEC3
WUS
FUS
CUS
ABI3

rzodkiew
nik
rzodkiew
nik
kukurydz
a
rzodkiew
nik
ogórek
rzodkiew
nik

Białko
receptorowe
regulator
transkrypcji
regulator
transkrypcji
regulator
transkrypcji
regulator
transkrypcji
regulator
transkrypcji

LEC1,
rzodkiewnik

CUS1,
ogórek

Ekspresja niektórych genów podczas somatycznej
embriogenezy

FB

- Pąki kwiatowe,

ST

– pędy,

SL

– zielone łuszczyny),

PSEs

– pierwotne zarodki

somatyczne,

ECs

– kalus embriogeniczny,

SSE

– wtórne zarodki somatyczne,

wtórne zarodki somatyczne traktowane ABA

Fenotypowe efekty nadekspresji

genu BBM u Arabidopsis i

Brassica

Plant Cell. 2002 August; 14(8): 1737–1749

http://www.salk.edu
http://www.biologie.uni-hamburg.de
http://biology.kenyon.edu/courses
http://www.arabidopsis.com
http://datf.cbi.pku.edu.cn
http://honeybee.helsinki.fi/MMSBL/Gerberalab

Plant Cell Preview (PDF)
A Gene Regulatory Network Model for
Cell-Fate Determination during
Arabidopsis thaliana...
Espinosa-Soto et al. Plant Cell.2004; 0:
104021725