Nous voyons souvent de nombreuses fleurs aux couleurs vives et aux formes variées, qui sont l’un des plus beaux produits de la nature et les plantes décoratives les plus couramment utilisées pour exprimer des émotions et pour l’ornement. De l’extérieur vers l’intérieur, chaque fleur contient généralement seulement quatre organes floraux : les sépales, les pétales, les étamines et les pistils. Cependant, c’est la variété infinie de couleurs et de formes de ces quatre organes floraux, ainsi que leurs différentes combinaisons, qui créent la grande diversité et la beauté des fleurs dans la nature. Alors, comment ces belles fleurs sont-elles formées ? Ce n’est que dans les années 1980, avec le développement rapide de la biologie moléculaire et de la génétique moléculaire dans le domaine de la recherche scientifique sur les plantes, que des progrès révolutionnaires ont été réalisés dans l’étude des mécanismes moléculaires contrôlant le développement des fleurs des plantes.
Dans l’étude des mutants anormaux du développement des organes floraux chez des plantes modèles telles que l’Arabidopsis et les Antirrhinum, trois types de mutants homéotiques affectant les propriétés des organes floraux ont été découverts, chacun affectant le développement de deux organes floraux adjacents. Le premier type de mutants affecte principalement le développement des premier et deuxième organes floraux, avec les sépales du premier tour se transformant en carpelles et les pétales du deuxième tour se transformant en étamines ; le deuxième type de mutants affecte principalement le développement des deuxième et troisième organes floraux, avec les pétales du deuxième tour se transformant en sépales et les étamines du troisième tour se transformant en carpelles ; le troisième type de mutants affecte principalement le développement des troisième et quatrième organes floraux, avec les étamines du troisième tour se transformant en pétales et les carpelles du quatrième tour se transformant en une nouvelle fleur mutante, et les organes de cette nouvelle fleur continuent de se différencier vers l’intérieur sans s’arrêter, formant une structure anormale de fleur dans la fleur.
Ces trois types de mutants suggèrent l’existence de trois gènes fonctionnels A, B et C, qui contrôlent respectivement le développement des deux organes floraux adjacents, chaque organe floraux étant contrôlé par un ou deux gènes fonctionnels, et un modèle ABC de contrôle du développement des organes floraux a été résumé, qui explique avec succès le mécanisme de détermination des propriétés des organes floraux. Le gène fonctionnel A contrôle principalement le développement des premier et deuxième organes floraux. Lorsque le gène fonctionnel A est muté, les sépales du premier tour se transforment en carpelles (ovaire) et les pétales du deuxième tour se transforment en étamines ; le gène fonctionnel B agit principalement sur le développement des deuxième et troisième organes floraux. Lorsque le gène fonctionnel B est absent, les pétales du deuxième tour se transforment en sépales et les étamines du troisième tour se transforment en carpelles ; le gène fonctionnel C est impliqué dans la régulation du développement des troisième et quatrième organes floraux. Lorsque le gène fonctionnel C est absent, les étamines du troisième tour se transforment en pétales et les carpelles du quatrième tour se transforment en sépales.
Par conséquent, dans le premier tour d’organes floraux, le gène fonctionnel A agit seul et détermine les propriétés des sépales ; dans le deuxième tour d’organes floraux, les gènes fonctionnels A et B agissent ensemble pour déterminer les propriétés des pétales ; dans le troisième tour d’organes floraux, les gènes fonctionnels B et C agissent ensemble pour déterminer les propriétés des étamines ; et dans le quatrième tour d’organes floraux, le gène fonctionnel C agit seul pour déterminer les propriétés des carpelles tout en mettant fin à la différenciation continue des organes floraux. Une analyse plus approfondie montre que les régions d’action des gènes fonctionnels A et C sont antagonistes : lorsque le gène fonctionnel A est absent, le gène fonctionnel C se déplace dans les premier et deuxième tours d’organes floraux pour agir ; et lorsque le gène fonctionnel C est absent, le gène fonctionnel A se déplace dans les troisième et quatrième tours d’organes floraux pour agir. Lorsque les gènes fonctionnels A et C sont tous deux absents, les premier et quatrième tours d’organes floraux ressemblent à des feuilles stipulaires, et les deuxième et troisième tours d’organes floraux ressemblent à un mélange de pétales et d’étamines, montrant que la région d’action du gène fonctionnel B peut exister indépendamment des gènes fonctionnels A et C.
Par la suite, un nouveau gène fonctionnel E a été identifié, qui peut agir conjointement avec les gènes fonctionnels A, B et C pour contrôler le développement des quatre tours d’organes floraux, et le modèle ABC a été modifié en un « quatuor ABC » de modèle. En même temps, lorsque les gènes fonctionnels A, B et C sont exprimés de manière constitutive, les feuilles peuvent être transformées en organes floraux.