影響花形成的基因調控機制

影響花形成的基因調控機制 (Organ Identity Genes)
臺北縣福和國民中學生物科辛怡瑩實習老師/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

E. Coen和E. Meyerowitz在1991年從阿拉伯芥和金魚草，這兩種模式植物中提出花的形成—ABC調控模式，花的形成基因由分生組織基因(flower meristern identity gene)所決定，這個基因可以當作一種轉錄因子，顯示可以調節DNA的轉錄作用，並且進一步活化花的分生組織產生發育所需的基因，這些基因與花的形式發育關係密切，統稱為器官確認基因(organ identity genes)，係由三組不同基因相互作用調控，也就是ABC模式。以下將針對三組基因的調控方式進行說明。

花的俯視圖由外而內依序為1花萼、2花瓣、3雄蕊和4雌蕊(圖一)，花的結構由A、B和C三種基因調控，其準則有二：

一、A基因和C基因會相互抑制，也就是兩種基因相互為拮抗；

二、而B基因不受A和C基因所影響。

ABC模式(ABC model)的三種基因特性分別為以下四點：

一、當只有A基因活化時，會發育成花萼；

二、當A和B基因均活化，則可以共同發育為花瓣；

三、當B和C基因活化，可以共同發育為雄蕊；

四、當只有C基因活化時，該區域會發育為雌蕊。

ABC三組基因所調控花發育的區域依序填入圖一，可以更清楚了解彼此間的相互關係，當三組基因發生突變時，會對花的發育造成影響，首先當A基因發生突變時，原先由A基因部位將由C基因取代之，因此1區塊的位置將由C基因調控，2區塊由B和C基因調控，3區塊則由B和C基因調控，4區塊則由C基因調控，也就是說當A基因發生突變時，花朵俯視圖構造由外而內會出現雌蕊、雄蕊、雄蕊和雌蕊。

當B基因發生突變時，1區塊的位置依舊為A基因調控，2區塊由A基因調控，3區塊由C基因調控，4區塊由C基因調控，由此可知花朵由外而內依序出現花萼、花萼、雌蕊和雌蕊。當C基因發生突變時，原先的C基因所調控的部位將改為A基因取代之，1區塊由A基因調控，2區塊由A和B基因調控，3區塊由A和B基因調控，4區塊則為A基因調控，由外而內的花朵俯視構造依序為花萼、花瓣、花瓣和花萼。

而經過長達10年深入研究後，Theißen於2001年提出ABCDE模式，從原來的ABC模式更擴展延伸，提出D和E基因的影響，D基因負責調控卵細胞的形成，而E基因則調控花瓣、雄蕊、雌蕊和卵細胞，這也是目前較為廣泛接受的花器形成模式。總和來說，ABE基因共同調控花瓣，BCE基因共同調控雄蕊，CE調控雄蕊和雌蕊，且D和E基因調控卵細胞的形成，詳細內容請見圖二。
根據以上花器形成調控基因的模式，將可以提供往後更多的研究，呂佳穎(2004)則針對此模式探討華八仙科的類花瓣構造基因調控機制，結果發現A和E基因對於類花瓣基因有所表現，然而卻發現大多數的B基因都不會在花瓣構造出現，推測可能另有其他基因負責調控。另外，對於花器形成基因的研究，也可應用在觀賞花卉的改良及新品種的開發。

參考資料
1. Coen, Henrico S. & Elliot M. Meyerowitz. 1991. The war of the whorls: Genetic interactions controlling flower development, Nature, 353: 31-37.
2. Theiben, G. 2001. Development of floral organ identity: stories from the MADS house. Current Opinion in Plant Biology 4: 75-85.
3. http://www.dbp.science.ru.nl/our%20research.htm
4. 呂佳穎(2004)：玉葉金花類花瓣構造之花部器官決定基因表現研究。台北市，國立台灣大學生命科學院生態學與演化生物學研究所碩士論文，未出版。
5. 劉建武、孫成華和劉寧(2004)：花器官決定的ABC模型和四因子模型。植物學通報，21(3)，346-351。