Gen Và Chức Năng Điều Khiển Bởi Gen Đặc Trưng Cho Cơ Quan Phát Sinh Hoa .Pptx

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

SINH HỌC PHÁT TRIỂN THỰC VẬT
Đề bài: Gen và chức năng điều khiển bởi gen đặc trưng
cho cơ quan phát sinh hoa
( Genes and functions controlled by floral organ
identity genes. Robert Sablowski )

1


NỘI DUNG CHÍNH

I. ĐẶT VẤN ĐỀ
II. NỘI DUNG
III. KẾT LUẬN
3


I. ĐẶT VẤN ĐỀ
 Có khoảng 350 000 lồi thực vật hạt kín khác nhau, và hầu hết
chúng được phân loại dựa trên các đặc điểm của hoa.
Một điểm mà hoa của các loài thực vật giống, mà cũng khác nhau
nhất là kiểu dáng của các bộ phận của hoa.
Hầu hết các loại hoa bao gồm 4 cơ quan sắp xếp theo vòng đồng
tâm.
 Lá đài (sepals)
 Cánh hoa (petals)
 Nhị hoa (stamens)
 Lá noãn (carpels)

4


 Gen đặc trưng cho cơ quan phát sinh hoa xác định danh tính của
các cơ quan trong hoa tương tự với các đặc điểm chi tiết của cơ
thể phân đoạn của gen Hox ở động vật.
Sự kết hợp khác nhau của các các gen đặc trưng cho cơ quan phát
sinh hoa phối hợp sự biểu hiện của gen cần thiết cho sự phát triển
của từng loại cơ quan của hoa, từ lúc sơ khởi cho đến khi phân hóa.

5


II. NỘI DUNG
1. Các gen đặc trưng cho cơ quan phát sinh hoa
 Sự kiểm soát các gen đặc trưng cho cơ quan phát sinh hoa là một
trong những ví dụ nổi bật nhất về gen điều tiết xác định cấu trúc
của thực vật.
 Mỗi một loại trong bốn loại cơ quan hoa (đài hoa, cánh hoa, nhị
hoa, lá noãn) được quy định bởi 1 sự kết hợp độc đáo của các gen
quy định.

6


 Sự phát triển các đài hoa được
hình thành bởi AP1 (APETALA1 )
(gen nhóm A) kết hợp với 4 gen
bất kỳ SEP1-SEP4
(SEPALLATA).

 Cánh hoa được quy định bởi AP1,
SEP1-3; AP3(APETALA3)và P1
(PISTILLATA) (gen nhóm B) .
 Nhị hoa phát triển dưới sự kiểm
sốt của AP3 và AG
(AGAMOUS) (gen nhóm C).
 Sự kết hợp của AG và SEP1-3 chỉ
đạo sự hình thành lá nỗn.

Mơ hình quartet. Các hình trịn tượng trưng cho các transcription
factor mã hóa bởi các gene nhóm A (AP1), B (AP3 và PI), C (AG) và
E (SEP). Sự phát triển của một vòng hoa là do sự kết hợp của các
transcription factor này quy định.

7


Gen AG
 Đầu tiên là AGL5 (AGAMOUS – like 5, sau đó đặt lại tên là
SHATTERPROOF2, SHP2).
 Quy định sự biểu hiện của lá noãn.
 AG gắn trong ống nghiệm để các promoter SHP2 và AG ngồi
tử cung kích hoạt một gen SHP2 gọi là GUS reporter.

8


Gen NAP
 Được kích hoạt bởi AP3 / PI
 Mã hóa cho NAC trong các yếu tố phiên mã, được xác định là một

mục tiêu trước mắt của AP3 và PI trong phát triển cánh hoa và nhị
Gen PI ( PISTILLATA )

 Cần thiết cho cánh hoa và nhị phát
triển bình, có khả năng liên kết trực
tiếp với vùng promoter của AP1

9


Gen AP1 ( APETALA 1 )

 Gen quy định cụ thể danh tính mơ phân sinh hoa và cũng là cần thiết
cho sự phát triển bình thường của đài hoa và cánh hoa.

10


Gen SEP3
 Tham gia tương tác với các gen khác trong quá trình hình thành
đài hoa, cánh hoa và lá nỗn.
 Mục tiêu trực tiếp của SEP3 được tìm thấy trong các transcriptome
ở giai đoạn chồi sớm, làm giàu cho các gen mã hóa yếu tố phiên mã,
gen tham gia vào quá trình tổng hợp và đáp ứng với yếu tố kích thích
(đặc biệt là auxin) và trong chuyển hóa lipid.
 Giữa các vị trí gắn trong WT và trong các đột biến AG, cho thấy
nhiều SEP3 target tham gia vào sự hình thành bao hoa và cơ quan
sinh sản, mặc dù kết quả điều tiết (kích hoạt hoặc ngăn chặn) có thể
khác nhau ở các cơ quan khác nhau.
11

Gen DEF ( DEFICIENS )
 Biểu hiện gen trong giai đoạn cuối của sự phát triển đài hoa và cánh
hoa trong cây kim ngư thảo và sử dụng một allele nhạy cảm nhiệt độ
 Dùng để phát hiện các gen phản ứng nhanh chóng sau khi DEF đã
được kích hoạt
 Ở giai đoạn cuối của sự phát triển cánh hoa DEF dường như chủ yếu
là các gen điều hòa tham gia vào q trình chuyển hóa và phân chia tế
bào

12


 Các mục tiêu đầu tiên và trực tiếp của cơ quan đích đặc trưng có
vai trị làm giàu cho gen mã hóa các yếu tố phiên mã và các gen đặc
trưng cho cơ quan phát sinh hoa, sự biểu hiện của nó được duy trì
bởi các cơ chế tự động điều tiết.
 Gen tham gia vào quá trình tổng hợp hormone và phản ứng cũng
nổi bật giữa các gen mục tiêu. Các tập hợp chỉ tiêu thay đổi như sự
phát triển theo hướng tiến hóa và các gen đặc trưng cho cơ quan phát
sinh hoa tham gia sửa đổi biểu hiện của hàng ngàn gen, đặc biệt là các
cơ quan sinh sản.

13


Gen STYLISH1 (STY1)
Là một gen đích trực tiếp của SPE3 và AG và mã hóa cho một protein
dạng vịng tương tự như STY2

 Cần thiết cho sự phát triển mô đỉnh của lá nỗn (vịi nhụy và đầu
nhụy)
 Biểu hiện nhân tạo của STY1/2 thơng qua lá nỗn gây ra sự phát
triển ngồi tử cung của những tế bào vịi nhụy, chỉ ra STY1/2 đã được
điều chỉnh bởi một tập con đặc biệt của noãn

14


2. Các phương pháp đơn giản nhất là so sánh biểu hiện gen
đột biến đặc tính cơ quan hoa khác nhau.
 Zik và Irish sử dụng cDNA gồm khoảng một phần tư của các gen
Arabidopsis để xác định một tập hợp các gen downstream của AP3 /
PI, có vai trị làm giàu cho các gen tham gia vào phản ứng lại tạo và
chuyển hóa thành tế bào.
 Wellmer et al sử dụng một mảng của các cDNA hoa và một
mảng oligonucleotide genome để so sánh một phạm vi rộng hơn
của những đột biến với những thay đổi đặc tính các cơ quan hoa.
Thí nghiệm của họ cho thấy một số lượng nhỏ các bản
sao được làm giàu ở đài hoa hoặc cánh hoa , nhưng một
tập hợp lớn hơn nhiều của gen thể hiện cụ thể trong lá
noãn hoặc nhị hoa , nhiều trong số đó có liên quan đến
quá trình phát sinh giao tử.
15


Hai chủ đề chung được đề cập từ tất cả các thí nghiệm so sánh
biểu hiện gen trong các loại cơ quan khác nhau

 Các gen đặc trưng cho cơ quan phát sinh hoa trực tiếp hoặc gián tiếp

ảnh hưởng đến một loạt các quá trình phát triển tế bào
 Cơ quan sinh sản rõ ràng đã phát triển hơn so với các cơ quan bao
hoa

16


3. Chức năng của các gen trong quá trình gây đột biến
Kiểu hình hoa của cây Arabidopsis
đột biến kép. 
 (A) Đột biến gene nhóm A
(apelata2) và B (pisillata-1).
 (B) Đột biến gene nhóm A
(apelata2) và C (agamous-1).
 (C) Đột biến gene nhóm B
(pisillata-1) và C (agamous-1).
 (D) Đột biến gene nhóm B
(apelata3) và C (agamous-1)

17


 SHP2 là gen đích của AG, có phần tương đồng gần với SPH1 xác
định trong điều chỉnh các mô đặc trưng của lá nỗn sau đó cần đến
cho sự giải phóng hạt từ quả

 SPOROCYTELESS (SPL) mã hóa cho một yếu tố phiên mã giả
định cần thiết cho sự phát sinh tiểu giao tử của giống đực và giống
cái và được xác định như là một gen trực tiếp của AG và SEP3
• Khi có sự kích hoạt bởi AG đã được bỏ qua việc dùng bản cảm

ứng ubiquitously của SPL, sự hình thành bào tử được tìm thấy trong
các cánh hoa, cho thấy sự biểu hiện của SPL, chuyển một tập con
của chu trình phát triển cơ quan sinh sản đến bao hoa
18


 STYLISH1(STY1) là một gen đích trực tiếp của SPE3 và AG, mã
hóa cho một protein dạng vịng tương tự như STY2 và cần thiết cho sự
phát triển mô đỉnh của lá nỗn (vịi nhụy và đầu nhụy)
• Biểu hiện nhân tạo của STY1/2 thơng qua lá nỗn gây ra sự phát triển
ngồi tử cung của những tế bào vịi nhụy, STY1/2 được điều chỉnh bởi
một tập con đặc biệt của noãn
 Các gen đặc trưng cho cơ quan phát sinh hoa cũng điều chỉnh sự biểu
hiện của gen với nhiều vai trò trong sự phát triển của cơ quan ngọn

19


 NUBBIN(NUB) và JAGGED(JAG) mã hóa có liên quan đến các
protein zic finger có liên quan trong vùng điểu khiển phân chia tế bào
và sinh trưởng phát triển
• NUB được nhận diện như là một gen đích của AG, trong đó JAG là
vùng in vivo bởi SEP3
• Hoa đột biến jag cho thấy sự tăng trưởng bị rút ngắn của đài hoa và
cánh hoa
Nguyên nhân: là do trong nhị hoa và lá nỗn JAG có chức năng
khơng cần thiết cùng với NUB: jag nub đột biến kép có khiếm khuyết
nghiêm trọng trong sự phát triển ở vùng xa của nhị và lá noãn

20

 SPE3 và AG trực tiếp kiểm soát các gen có vai trị dự phịng trong
tăng trưởng của sinh vật
 JAG có chức năng trong trong tất cả các cơ quan đỉnh
 NUB trong hoa đã trở thành chuyên biệt hơn cho cơ quan sinh sản
 ATH1 là một gen khác với một vai trò phổ biến rộng rãi trong phát
triển cơ quan đó là gen đích trực tiếp của AG và SEP3
• ATH1 mã hóa một loại BELL homeodomain protein điều khiển sự
phát triển của cơ quan đỉnh, đặc biệt là ở ranh giới giữa các cơ quan và
các gốc (hoặc chứa trong hoa )
21