怎樣實現花朵的對稱?

植物的花朵千姿百態,除了繽紛的色彩,還帶給人對稱的美感。由於本人在科學繪畫競猜大賽中屢遭挫折於是決定用第一篇日誌來報復社會了,請說出下面圖中的植物的名稱:

!眼力好的童鞋肯定認出來右邊那位就是賞心悅目的柳穿魚(Linaria vulgaris),左邊那位戴顆五角星的小喇叭又是誰呢?答案是柳穿魚。(納尼?這不是坑爹麼!)這事兒還得從1741年說起。林奈的一個學生從瑞典烏普薩拉帶回了一株植物樣品送給他,這株植物的株型、葉片、氣味、花萼和種子看上去和普通的柳穿魚完全相同。但是柳穿魚具有和金魚草相似的兩側對稱花(只有一個對稱軸),這個植株則是典型的輻射對稱花(有多個對稱軸)。

怎樣實現花朵的對稱

方法/步驟

現在我們知道,植物基因組中含有大量的轉座子序列,這些轉座子在染色體上跳來跳去,剛好跳到一個有功能的基因序列裡,就會影響基因的表達。另一種會沉默基因表達的原因是DNA甲基化,這種對DNA鹼基的特定修飾會阻斷RNA的產生,也造成基因表達異常。上邊說的那種特別的柳穿魚被林奈命名為Peloria,拉丁文意為“monster”,後來的分子生物學研究證實這個妖怪的CYCLOIDEA (CYC)基因被甲基化了,這使得花朵的對稱性發生了巨大的改變。金魚草中也有類似的妖怪,原因則是轉座子在CYC基因上的插入。

怎樣實現花朵的對稱

這個CYC可是很強大的喲,不僅在上面說的兩種車前科的植物中其作用。在禾本科的水稻中,一個類似CYC的基因RETARDED PALEA1 (REP1)突變之後,水稻花的對稱性也發生了變化。順便來說下水稻花的結構:綠色的兩片穎殼,大的叫外稃,有五個大維管束,小的叫內稃,有三個大維管束。內外稃的邊緣像鎖釦一樣互相拉住對方,為裡面的雄蕊柱頭心皮漿片等器官提供保護。水稻的這個類CYC基因突變之後,內稃就具有了五個維管束,邊緣的鎖釦結構範圍擴展了,具有了外稃的許多特徵。

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CYC之強大還會影響花序的發育,這次的研究對象是非洲菊(Gerbera hybrida)。非洲菊是典型的頭狀花序,花盤最外圍是舌狀花,兩側對稱,最中心是管狀花,輻射對稱。非洲菊的CYC基因在外周的舌狀花區域表達,在內部的管狀花區域不表達,沿著花序的輻射軸呈現一個外高內低的表達梯度。這使得在舌狀花和管狀花之間有第三種花trans flowers,它們是兩側對稱的,但是沒有舌狀花的花瓣長,顯得比較小,和舌狀花一樣,trans flowers的雄蕊幾乎是不發育的。

抑制了非洲菊的一個類CYC基因的表達之後,整個花序看上去彷彿減肥了一樣,trans flowers的長度變得很短,幾乎和管狀花一樣短, 甚至有的trans flowers的花舌變成五裂或八裂,具有了輻射對稱花的特徵。
而反過來將這個類CYC基因超量表達之後,中間的管狀花的雄蕊發育受到抑制,原先裂開的花瓣融合在一起,長度也有所增加,具有了舌狀花的一些特徵。

怎樣實現花朵的對稱

CYC基因和另一個叫DICHOTOMA (DICH)的基因都具有一個保守的鹼性螺旋-轉角-螺旋的結構,屬於TCP基因家族,具有結合DNA的功能,可以調控轉錄。TCP類基因通過和一些特定的MYB類基因的相互作用,調節花的對稱性發育。不過CYC的功能也不僅限於此,在上面的非洲菊的研究中,也發現了轉基因菊花的葉片形狀和花序朝向的異常。

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