Analyse der Blütensymmetriediversität in den Brassicaceae
Final Report Abstract
Die molekularen Mechanismen die zur Entstehung der großen Vielfalt der über 250.000 Angisopermen und der Ausbildung Ihrer morphologischen Neuerungen beitragen haben, sind noch wenig erforscht. In diesem Projekt wurde die Rolle der TCP Transkriptionsfaktoren in der Evolution der Blütensymmetrie untersucht. Bislang kannte man nur Verlustmutanten der TCP Gene, welche dazu führten, dass die Mutanten statt einer monosymmetrischen, die ursprüngliche ancestrale Form, eine polysymmetrische Blüte, ausprägen. Die Arten der Brassicaceae-Famille bilden überwiegend polysymmetrischen Blüten. Es existieren jedoch sehr wenige Gattungen, die monosymmetnsche Blüten mit zwei unterschiedlich großen Blütenblattpaaren bilden. Wr haben die Funktion des Iberis amara TCP1 Gens untersucht und konnten erstmalig zeigen, das in den monosymmetrischen Iberis-Arten eine stark erhöhte TCP1 Expression im oberen Petalenpaar vorliegt. Dies führt dazu, dass dort im Vergleich zu den unteren großen Blütenblättern weniger Zellteilungen erfolgen und dadurch kleinere Organe gebildet werden. Durch eine zeitliche veränderte, heterochronische, TCP1 Expression kommt es in den Brassicaceae höchst wahrscheinlich zur Entstehung der Blütensymmetrie. Weitere monosymmetrische Brassicaceae wie Calepina irregularis und Teesdalia nudicaulis zeigen ebenfalls eine späte, heterochronisch veränderte, TCP1 Expression. Interessanterweise korreliert die Stärke der differentiell ausgeprägten TCP Gene mit der Monosymmetrieausprägung und daher wird die differentielle Zellteilungsaktivität wahrscheinlich über die Menge des gebildeten TCP1 Protein reguliert. Diese Ergebnisse zeigen, dass cis-regulatorische Veränderungen in den TCP Genen, die zu veränderten zeitlichen Expressionsmustern und -stärken führen, maßgeblich an der Entstehung morphologischer Neuerungen beteiligt sind. Dabei scheint in den Brassicaceae die ancestrale Kondition zu sein, dass ursprünglich eine transiente frühe TCP1 Expression vorhanden war, welche jedoch nicht notwendig ist für die Monosymmetriebildung, sondern dass dafür die Etablierung einer späten, asymmetrischen TCP1 Expression erforderlich war.
Publications
- (2007) Control of corolla symmetry in the Brassicaceae Iberis amara. PNAS 104, 16714-16719
Busch, A. and Zachgo, S.
(See online at https://doi.org/10.1073/pnas.0705338104) - (2009) Flower symmetry evolution: Towards understanding the abominable mystery of angiosperm radiation. BioEssays 31, 1181-1190
Busch, A. and Zachgo, S.
- (2012) Corolla monosymmetry: Evolution of a morphological novelty in the Brassicaceae Family. Mol. Biol. Evol. 29(4), 1241-1254
Busch, A., Horn, S., Mühlhausen, A., Mummenhoff, K. and Zachgo, S.
(See online at https://doi.org/10.1093/molbev/msr297)
