Come si formano i fiori dalle forme più disparate?

Questo articolo si concentra su come si formano i fiori dalle varie forme e descrive il modello ABC di sviluppo degli organi floreali, proposto sulla base di mutanti con anomalie nello sviluppo dei fiori di piante modello come l'Arabidopsis e la Petunia, e il successivo meccanismo molecolare di sviluppo dei fiori, modificato in seguito alla scoperta del gene E, che ha portato al modello del quartetto ABCE.

Come si formano i fiori dalle forme più disparate?

Incontriamo spesso fiori colorati e di varie forme, che sono i prodotti più belli della natura e le piante ornamentali più utilizzate dalle persone per esprimere emozioni e ammirazione. Da fuori verso l'interno, ogni fiore di solito contiene solo quattro organi floreali: sepali, petali, stami e pistilli. Tuttavia, sono proprio i cambiamenti di colore e forma di questi quattro organi floreali, così come i diversi modi in cui si combinano, a creare i fiori variopinti e multiformi della natura. Ma come si formano questi bellissimi fiori? Fino agli anni '80 del XX secolo, con il rapido sviluppo della moderna biologia molecolare e della genetica molecolare nel campo della ricerca scientifica delle piante, non si sono fatti progressi nella ricerca dei meccanismi molecolari che controllano lo sviluppo dei fiori delle piante.

Nello studio delle mutazioni anormali nello sviluppo degli organi floreali di piante modello come l'Arabidopsis e la Petunia, sono state scoperte tre classi di mutanti omologhi che influenzano il cambiamento delle proprietà degli organi floreali, ognuna delle quali influenza lo sviluppo di due organi floreali adiacenti. La prima classe di mutanti influenza principalmente lo sviluppo degli organi floreali del primo e secondo giro, con i sepali del primo giro che si trasformano in carpelli e i petali del secondo giro che si trasformano in stami; la seconda classe di mutanti influenza principalmente lo sviluppo degli organi floreali del secondo e terzo giro, con i petali del secondo giro che si trasformano in sepali e gli stami del terzo giro che si trasformano in carpelli; la terza classe di mutanti influenza principalmente lo sviluppo degli organi floreali del terzo e quarto giro, con gli stami del terzo giro che si trasformano in petali e i carpelli del quarto giro che si trasformano in un nuovo fiore mutante, e gli organi del nuovo fiore continuano a differenziarsi verso l'interno senza terminare normalmente, formando una struttura anomala di fiore all'interno del fiore.

Queste tre classi di mutanti indicano l'esistenza di tre geni funzionali A, B e C, che controllano rispettivamente lo sviluppo degli organi floreali adiacenti, con ciascun giro di organi floreali controllato da uno o due geni funzionali, e sulla base di ciò è stato sviluppato il modello ABC per il controllo dello sviluppo degli organi floreali, che ha spiegato con successo il meccanismo di determinazione delle proprietà degli organi floreali. Il gene funzionale A controlla principalmente lo sviluppo degli organi floreali del primo e secondo giro. Quando il gene funzionale A muta, i sepali del primo giro si trasformano in carpelli (pistilli) e i petali del secondo giro si trasformano in stami; il gene funzionale B agisce principalmente sugli organi floreali del secondo e terzo giro. Quando il gene funzionale B è assente, i petali del secondo giro si trasformano in sepali e gli stami del terzo giro si trasformano in carpelli; il gene funzionale C partecipa invece al controllo dello sviluppo degli organi floreali del terzo e quarto giro. Quando il gene funzionale C è assente, gli stami del terzo giro si trasformano in petali e i carpelli del quarto giro si trasformano in sepali.

Successivamente, è stata identificata una nuova classe di geni funzionali E, che possono coordinare con i geni funzionali A, B e C per controllare lo sviluppo degli organi floreali di quattro giri, e il modello ABC è stato modificato nel "modello quartetto ABC". Allo stesso tempo, l'espressione costitutiva dei geni funzionali A, B, C ed E può trasformare le foglie in organi floreali.