Анализ генетического контроля и моделирование развития структуры соцветия у Arabidopsis thaliana (L.)Heynh. тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.15, кандидат биологических наук Пенин, Алексей Александрович

• Пенин, Алексей Александрович
• кандидат биологических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Пенин, Алексей Александрович

Введение.

Условные обозначения

1. Обзор литературы. 9 цу 1.1. Генетический контроль развития соцветия у A. thaliana. д

1.2. Молекулярно-генетическое картирование генома растений.

1.3. Типы математических моделей в биологии.

2. Материалы и методы.

2.1. Линии Arabidopsis thaliana, использованные в работе.

2.2. Выращивание растений Arabidopsis thaliana. 28 ' 2.3. Метод сканирующей электронной микроскопии.

2.4. Морфометрия.

2.5. Генетический анализ. 3 j

2.6. Методы, используемые при проведении молекулярно-генетического ^ j картирования.

3. Результаты и обсуждение. 33 3.1. Морфологический и генетический анализ мутанта bra.

3.1.1. Влияние мутации bractea на развитие побега у A. thaliana.

3.1.2. Характер наследования мутации bractea.

3.1.3. Локализация гена BRACTEA на классической генетической карте при помощи морфологических маркеров.

3.1.4. Создание молекулярно-генетической карты района хромосомы 4 Arabidopsis thaliana и локализация гена BRACTEA на ней.

3.2. Моделирование развития цветка.

3.2.1. Принципы формализации данных для построения ^ генетико-морфологической модели развития побега цветковых растений.

3.2.2. Построение модели генетического контроля определения типа органа цветка.

3.2.3. Построение модели, определяющей положение органов цветка. gj

3.3. Участие гена BRACTEA в регуляции развития цветоноса ^ у Arabidopsis thaliana.

3.3.1. Взаимодействие генов BRACTEA, LEAFY и APETALA1.

3.3.2. Взаимодействие генов BRACTEA и TERMINAL FLOWER1.

3.3.3. Роль гена BRACTEA при формировании соцветия у A. thaliana. \ Заключение. 120 Выводы. 123 Список публикаций по теме диссертации. 124 Список литературы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анализ генетического контроля и моделирование развития структуры соцветия у Arabidopsis thaliana (L.)Heynh.»

В настоящее время генетика развития растений является одной из наиболее быстро развивающихся областей биологии. Это комплексная дисциплина, которая включает в себя не только генетический, но и такие виды анализа как морфологический, биохимический и молекулярно-генетический. Одним из новых направлений генетики развития является изучение генов, изменение функционирования которых могло приводить к появлению признаков обеспечивающих образование новых таксономических групп.

Важнейшими процессами в онтогенезе растений являются процессы развития цветоноса и цветка. Наиболее активно изучение генетического контроля этих процессов проводится на модельном объекте - Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. Это растение принадлежит к семейству Cruciferae, характерным признаком которого является структура цветоноса без терминального цветка и прицветных листьев (брактей), то есть в виде открытой эбрактеозной кисти. Считается, что редукция прицветных листьев и терминального цветка произошла у единого предка, что привело к формированию такой структуры соцветия у подавляющего числа видов этого семейства.

Недавно с помощью химического мутагенеза на кафедре генетики МГУ был выделен уникальный мутант, характеризующийся структурой цветоноса в виде закрытой брактеозной кисти, то есть у мутантных растений нарушено формирование одного из основных признаков структуры соцветия характерного для данного семейства. Мутант был назван bractea (bra) (от лат. bractea -прицветный лист). Генетический и морфологический анализ мутанта bra, а также изучение взаимодействия гена BRA с другими генами, контролирующими развитие соцветия у A. thaliana, позволяет не только определить роль гена BRA в регуляции развития структуры соцветия, но и сделать ряд предположений о механизмах формирования открытого эбрактеозного соцветия у предковых форм семейства Cruciferae.

При анализе морфологии одиночных и двойных мутантов, который проводиться для изучения генетического контроля развития растений, одной из важнейших задач является точное описание различных структур. Эта задача возникает в связи с необходимостью точного определения функций гена (генов), невозможного без детального понимания структуры признака (признаков), развитие которого он контролирует. Такой анализ морфологии возможен только при наличии системы формального описания, которая будет учитывать особенности строения и генетического контроля развития растения, а описание любого мутанта осуществляется по единым критериям для всех мутантов. Благодаря стандартизованному описанию данные по генетическому контролю развития, представленные в формальной системе, могут служить основой для построения математических моделей генетического контроля развития организма. Подобная модель может служить основой для проверки адекватности предложенной системы описания и при наличии хороших прогностических свойств может позволить значительно сократить временные и материальные затраты при изучении новых генов, так как большая часть анализа будет проходить в компьютерной модельной системе, имитирующей функционирование организма.

Следует отметить, что даже без создания комплексной модели базовые принципы, необходимые для ее разработки, могут быть использованы для более точного анализа морфологии растений и изучения генетического контроля формирования различных структур. При этом разработка принципов формального описания должна осуществляться параллельно исследованию генетической регуляции развития и с учетом данных, полученных в этих исследованиях. Основные цели диссертационной работы:

1) морфологическое и генетическое изучение мутанта bra для определения роли гена BRA в регуляции типа соцветия у A. thaliana;

2) разработка принципов формального описания структуры побега и генетического контроля развития растений.

Для достижения поставленных целей решались следующие задачи:

1) морфологический и генетический анализ мутанта bra;

2) локализация гена BRA на классической и молекулярно-генетической карте А. thaliana\

3) разработка формального подхода к описанию побега высших растений для создания имитационной модели развития;

4) сравнение предсказаний, осуществляемых моделью с реальными структурами, для проверки адекватности предложенного подхода;

5) изучение взаимодействия гена BRA с генами, контролирующими тип соцветия у A. thaliana, с применением разработанных методов формального подхода к описанию структуры растения.

Новизна диссертационной работы. Впервые проведен морфологический и генетический анализ мутанта bractea, который позволил уточнить пути генетического контроля развития структуры соцветия у A. thaliana. Показано, что ген BRA контролирует формирование открытого эбрактеозного соцветия у А. thaliana. Определена локализация гена BRA на физической карте A. thaliana.

Установлено, что необходимыми и достаточными условиями для формирования терминального цветка являются: наличие развитого листа в узле, предваряющем терминальный цветок, и определенный уровень экспрессии генов, ответственных за формирование цветка. То есть, показана невозможность формирования закрытого эбрактеозного соцветия.

Впервые предложен принцип формализации генетических и морфологических данных по развитию побега у цветковых растений. На основании разработанного подхода создана база данных по развитию цветка у A. thaliana. Правильность подхода подтверждена анализом математических моделей, разработанных на основании этой базы.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в возможном использовании предложенных принципов формального описания растений для создания комплексной имитационной модели развития цветковых растений. Кроме этого, разработанные принципы позволяют производить более корректное выделение признаков при описании растений в процессе проведения генетического анализа.

Благодаря изучению мутанта bra показана сопряженность признаков наличия брактей в соцветии и развития терминального цветка. Обнаруженный конструкционный запрет на формирование закрытого эбрактеозного соцветия является существенным при анализе соцветий многих видов растений.

Условные обозначения.

Главнвя ось Вегетативный лист

Адаксиальный и абаксиальный чашелистики

Латеральные чашелистики или чашелистики терминальных цветков

Лепесток Короткая тычинка

Длинная тычинка или тычинка цветка без дифференцировки тычинок.

Плодолистики

Пунктиром обозначены редуцированные органы.

Рисунок 1. Условные обозначения на диаграммах.

Лист розетки

Стеблевой лист

Брактея

Цветок Q

Цветок, не развивающий околоцветника

Цветок с другими нарушениями

Ось с открытым ростом

Рисунок 2. Условные обозначения на осевых схемах. Список сокращений.

AM - апикальная меристема. ФМ - флоральная меристема. ЗБР - зона базипетальной разметки. ЗАР - зона акропетальной разметки.

ТЦ - терминальный цветок. ДД - длинный день. КД - короткий день. ПД - постоянный день.

Список обозначений, применяемых на электронных микрофотографиях.

Меристемы: V— вегетативная, I — цветоноса, F — цветковая.

Рс — паракладии, Р — прилистники.

Листья:

L — стеблевые, В — брактеи.

1. Обзор литературы.

1.1. Генетический контроль развития соцветия у A. thaliana.

В настоящее время существует два основных подхода, которые используются для описания структуры соцветий. Первый по времени возникновения подход, называемый физиономическим, состоит в описании только внешних особенностей формы компактных целостных группировок цветков. Главное в этом подходе - соотнесение формы соцветия с простыми геометрическими фигурами. Вопрос о структуре соцветия решается в рамках этого подхода исходя из внешней визуальной оценки системы, что делает невозможным его использование для вычленения элементарных признаков, необходимых для изучения генетического контроля развития соцветия.

Второй подход базируется на изучении закономерностей взаимного расположения осей, несущих цветки или заканчивающихся цветками, а также закономерностей их «встраивания» в систему осей соцветия в целом. На базе определенных закономерностей ветвления цветоносных осей строится система типов соцветий. Этот подход, называемый структурным, был охарактеризован в работах Тролля (Trooll, 1964, 1969) и в настоящее время разрабатывается как наиболее перспективный во многих странах (Кузнецова, 1992). Большинство элементарных группировок цветоносных осей, в рамках этого подхода, можно легко описать путем варьирования следующих параметров: длина главной оси, длина боковых осей, наличие или отсутствие терминального цветка на главной оси, порядок распускания цветков, особенности строения кроющих листьев боковых осей, степень ветвления боковых групп и др. Эти параметры можно использовать в качестве элементарных дискретных признаков при изучении генетического контроля развития соцветия. Разберем основные варианты состояний некоторых из этих признаков для простых соцветий. 1) Особенности строения кроющих листьев. Эти листья могут быть полностью сходными с прочими листьями на растении. В этом случае растения называются фрондозными. Чаще кроющие листья видоизменены, и тогда их называют брактеями или прицветниками, а соцветия брактеозными. Иногда кроющие листья могут быть полностью редуцированы, и в этом случае соцветия называют эбрактеозными.

2) Наличие или отсутствие терминального цветка. Обычно, если терминальный цветок имеется соцветие называют закрытым, а если отсутствует открытым.

3) Порядок распускания цветков. Цветки могут распускаться акропетально, т.е. снизу вверх, или базипетально, т. е. сверху вниз.

4) Степень ветвления боковых групп. Боковые оси могут быть простыми, то есть не ветвиться, или ветвится в пазухах одного или двух прицветничков (предлистьев оси цветка).

Таким образом, в рамках этих понятий модельный генетический объект А. thaliana образует соцветие в виде распускающейся акропетально открытой эбрактеозной кисти. Рассмотрим генетический контроль формирования структурных признаков этого соцветия.

Переход к формированию соцветия у A. thaliana контролируется несколькими путями (Levy, Dean, 1998). Один путь, который зависит от фотопериода, включает такие гены как CONSTSNS (СО), FWA и др., и отвечает за восприятие светового сигнала в условиях длинного дня. При нарушении функционирования генов этого пути происходит задержка в развитии, а цветение наступает благодаря функционированию генов пути не зависящего от фотопериода, таких как FCA, FVE и др. При нарушении функционирования генов обоих путей растения зацветают значительно позже, чем растения, содержащие мутации только по генам одного пути.

Кроме этого, на переход к цветению оказывает влияние уровень содержания Сахаров, гиббереллина и др. Основной мишенью большинства путей инициации цветения является ген, играющий ключевую роль в переходе к генеративной стадии развития и в формировании флоральной меристемы (ФМ) у A. thaliana, -ген LFY, присутствующий в геноме в одной копии и кодирующий транскрипционный фактор, который не имеет гомологий ни с одним из известных белков животных и микроорганизмов (Weigel et al., 1992). Слабая экспрессия гена LFY наблюдается уже на вегетативной стадии, а активная экспрессия - на репродуктивной стадии в латеральных участках апикальной меристемы (AM), где формируются флоральные примордии (Weigel et al., 1992; Blazquez et al., 1997; Hempel et al., 1997). Предполагается, что достижение порогового уровня экспрессии гена LFY является тем критическим фактором, который обеспечивает переключение AM с процесса формирования примордиев листьев на процесс формирования ФМ. На стебле мутантов IJy вместо цветков формируются боковые побеги в пазухах стеблевых листьев. На верхних ярусах соцветия могут формироваться цветки аномальной морфологии с органами, расположенными не в виде мутовок, а спирально с уменьшением числа органов (Haughn, Sommerville, 1988; Schultz, Haughn 1991; Weigel et al., 1992).

Считается, что ген LFY отвечает за редукцию брактей у A. thaliana, поскольку у мутантов IJy аномальные цветки иногда сопровождаются брактеями (Schultz, Haughn, 1991; Weigel et al., 1992).

Сохранение некоторых признаков цветка у мутантов IJy связывают с активностью гомеозисного гена API, который кодирует транскрипционный фактор, содержащий домен MADS (Mandel et al., 1992), и, с одной стороны, регулирует развитие чашелистиков и лепестков, а с другой - оказывает влияние аналогичное гену LFY (Irish, Sussex, 1990; Bowman et al., 1993). Мутанты apl так же, как мутанты IJy, характеризуются тем, что формируемые ими цветки обладают некоторыми свойствами побегов: в пазухах прицветничков1 и следующих за ними листьев формируются дополнительные цветки, которые, в свою очередь, могут формировать цветки третьего порядка (Irish, Sussex, 1990; Bowman et al., 1993; Mandel, Yanofsky, 1995). В результате флоральные единицы у мутанта представлены не отдельными цветками, а латеральными соцветиями, которые можно классифицировать как тирс или кисть. О совместном участии генов LFY и API в регуляции формирования ФМ свидетельствует фенотип двойных мутантов apl IJy: вместо цветков у них формируются боковые побеги, полностью лишенные признаков цветка (Weigel et al., 1992; Huala, Sussex, 1992; Schults, Haughn, 1993). Экспрессия гена API позитивно регулируется белком, кодируемым геном LFY, который связывается с регуляторным элементом промотора гена Л/7 (Parcy et al., 1998; Wagner et al., 1999; Sessions et al., 2000).

Важная роль генов LFY и API в определении судьбы примордиев как флоральных была подтверждена и в экспериментах с трансгенными растениями A. thaliana, в которых эти гены конститутивно экспрессировались под контролем активного промотора гена 35S РНК вируса мозаики цветной капусты (Weigel,

1 Прицветничками называют предлистья оси, на которой после их образования происходит развитие цветка.

Nilsson, 1995; Mandel, Yanofsky, 1995; Liljegren et al., 1999) или под собственным промотором (Blazquez et al., 1997). Формирование цветков у трансгенных растений наблюдали значительно раньше и в тех участках, где у растений дикого типа обычно формировались стеблевые листья с пазушными почками. Кроме того, у растений отмечали также формирование группы цветков в терминальном положении, т.е. превращение в ФМ не только латеральных примордиев, которые формируются по бокам AM, но и самой AM побега. Интересно, что оба гена показали способность ускорять цветение и других видов растений. Так, после трансформации генами под контролем сильного промотора 35S::LFY или 35S::AP1 цитрусовые зацветали уже на следующий год, а не через 6-20 лет (Репа et al., 2001).

Ген CAULIFLOWER (CAL) действует аналогично гену API. Мутанты cal имеют нормальный фенотип, но у двойных мутантов apl cal наблюдается превращение ФМ в меристемы соцветия, и соцветие похоже на соцветие цветной капусты (Bowman et al., 1993). Ген CAL кодирует транскрипционный фактор, содержащий MADS-домен, и имеет высокую гомологию с геном API (Kempin et al., 1995).

Ген AG также кодирует транскрипционный фактор, содержащий MADS-домен (Yanofsky et al., 1990), и отвечает за дифференцировку плодолистиков и тычинок и за детерминацию развития ФМ (Bowman et al., 1989; 1991). У мутантов ag происходит исчезновение зоны образования плодолистиков и тычинок, меристема оси продолжает пролиферировать, формируя до 70-80 органов. При выращивании мутантов ag на коротком дне ФМ превращается в меристему побега, а из центра цветков развиваются соцветия с несколькими цветками (Okamuro et al., 1996). Трансгенные растения, в которых эктопически экспрессировался ген AG (35S::AG), были похожи на растения с эктопической экспрессией генов LFY и API, т.е. зацветали раньше и формировали терминальные цветки на главной оси и на всех боковых осях, что свидетельствует об участии гена AG и в процессе формирования ФМ (Mizukami, Ma, 1997). Ген AG так же, как и ген API, находится под контролем гена LFY (Busch et al., 1999).

В растениях дикого типа превращению AM главного и боковых побегов в ФМ препятствуют гены TERMINAL FLOWER1 (TFL1) и TERMINAL FLOWER2 (TFL2) (Shannon, Meeks-Wagner, 1991; Alvares et al., 1992; Ohshima et al., 1997; Larsson et al., 1998). У мутантов по генам tfll и tfl2 цветение наступает значительно раньше, чем у растений дикого типа, и вскоре после индукции цветения наблюдается превращение апикальной меристемы побега во флоральную. В результате у мутантов tfll и tjl2 образуется терминальный цветок, т.е. соцветие открытого типа, характерное для A. thaliana, превращается в соцветие закрытого типа.

Формирование терминального цветка у мутантов tfl 1 связано с тем, что при отсутствии нормального продукта гена TFL1 экспрессия генов LFY и API, отвечающих за формирование флоральной меристемы, обнаруживается не только в периферических участках AM (как у растений дикого типа), но также и в центральной зоне AM (Weigel et al., 1992; Bowman et al., 1993; Gustafson-Brown et al., 1994; Bradley et al., 1997).

Формирование терминального цветка у растений A. thaliana с эктопической экспрессией генов LFY и API свидетельствует о том, что эти гены могут негативно регулировать активность гена TFL1 (Weigel, Nilsson, 1995; Man del, Yanofsky, 1995; Liljegren et al., 1999; Ratcliffe et al., 1999).

В настоящее время определены несколько генов, контролирующих основные структурные признаки соцветия у A. thaliana: открытый тип соцветия обеспечивается функционированием генов TFL1 и TFL2, степень ветвления флоральных единиц определяется геном API, а редукция брактей геном LFY. Следовательно, структура побега зависит от функционирования единичных генов.

Идентификация с помощью мутационного анализа генов, контролирующих основные структурные признаки, - исходный и центральный этап исследований в области эволюционной генетики развития (Ежова, Склярова, 2002). Все эти гены - потенциальные участники эволюционных преобразований структуры побега, так как для изменения структуры соцветия достаточно изменения активности или паттерна экспрессии этих генов. Для подтверждения возможного участия генов в эволюции морфологических структур необходимо убедиться в существовании их ортологов у других видов растений и показать, что характер их экспрессии одинаков у видов со сходной морфологической структурой таксономического признака, а также убедиться в том, что у близкородственных видов с иной морфологической структурой тех же признаков характер экспрессии ортологов различается. При этом, однако, нужно учитывать, что изменения характера экспрессии изучаемого гена не обязательно связаны с изменениями его регуляторных участков (i/ис-регуляторных элементов), но могут быть вызваны изменениями вышестоящих регуляторных генов. Например, усиление экспрессии гена LFY, раннее зацветание и формирование терминального цветка наблюдаются при эктопической экспрессии гена CONSTANT (35S::CO), который регулирует время зацветания (Simon et al., 1996). Таким образом, для выявления истинных причин изменений морфологии необходимо достаточно полное знание по генетическому контролю морфогенеза. Эксперименты по трансформации интересующим геном близкородственных видов также являются хорошим способом для выяснения истинной связи изменений морфологических признаков с генетическими изменениями конкретного гена.

Сейчас гены, контролирующие важнейшие таксономические признаки структуры соцветия, идентифицированы у различных видов цветковых растений. У растения из семейства норичниковых, львиного зева Antirrhinum majus, формирование ФМ находится под контролем ортолога LFY- гена FLORICAULA {FLO), белковый продукт которого имеет высокую гомологию (70%) с белком LFY и так же, как ген LFY, присутствует в геноме в одной копии (Coen et al., 1990). У A.majus так же, как и у A. thaliana, — соцветие открытого типа, и ген FLO экспрессируется только по бокам AM (в формирующейся ФМ), а не в ее центральной зоне. Кроме того, ген FLO экспрессируется в примордиях прицветных листьев (у A. majus, в отличие от A. thaliana, цветки сидят в пазухах брактей) (Coen et al., 1990). Мутанты flo после перехода на репродуктивную стадию развития меняют листорасположение с супротивного на очередное, но вместо цветков формируют боковые побеги (Carpenter, Coen, 1990; Coen et al., 1990). Показано, что ген FLO так же, как и ген LFY, является регулятором нижестоящих регуляторных генов, отвечающих за последующую дифференцировку ФМ (Hantke et al., 1995; McSteen et al., 1998).

Как отмечалось выше, у мутанта tfll A. thaliana на верхушке соцветий формируется терминальный цветок. У A. majus также имеется мутант centroradialis (сеп) с закрытым типом соцветия (Bradley et al., 1996). Ортологи TFL1 и CEN кодируют высокогомологичные белки (70% гомологии), напоминающие фосфатидилэтаноламинсвязывающие белки животных, функция которых до конца не известна (Bradley et al., 1997; Ohshima et al., 1997). Оба гена экспрессируются в центральной зоне AM главного и боковых побегов и препятствуют экспрессии в ней генов, отвечающих за формирование ФМ (Shannon, Meeks-Wagner, 1993; Gustafson-Brown et al., 1994; Ratcliffe et al., 1998, 1999).

Ортологи генов TFL1 и LFY найдены у многих видов растений: Nicotiana tabacum (Kelly et al., 1995), Petunia hybrida (Souer et al., 1998), Pisum sativum (Hofer et al., 1997) и других.

Особенности экспрессии ортологов LFY/FLO у видов покрытосеменных с открытым и закрытым типом соцветий свидетельствуют также о возможном участии этих генов в эволюции структуры соцветий (Ежова, Склярова, 2002). Так, у растений с открытыми соцветиями - A. thaliana, A. majus - гены LFY и FLO экспрессировались только в латеральных, но не в центральной зоне AM соцветий. У растений с закрытыми соцветиями - у табака, томатов, петунии -значительный уровень экспрессии этих генов наблюдали и в центральной зоне AM, что приводило к формированию терминального цветка (Kelly et al., 1995; Pouteau et al., 1997; Pnueli et al., 1998; Souer et al., 1998).

Ортологи генов TFL1 и CEN, выделенные у табака Nicotiana tabacum (CET2 и CET4), имеют 97%-ное сходство нуклеотидной последовательности кодирующей части гена, что, очевидно, связано с удвоением одного предкового гена у аллотетраплоидного табака. Кодируемые ими белки имеют 83%-ную гомологию с продуктом гена CEN (Amaya et al., 1999). Гены экспрессируются в AM боковых побегов на начальных этапах ее развития, но не в AM главного побега. При переходе боковых побегов к цветению их экспрессия в AM побегов прекращается. Отсутствие экспрессии генов СЕТ2 и СЕТ4 в AM главного побега и связанная с этим экспрессия генов NFL1 и NFL2 (ортологов LFY) в этом районе

Kelly et al., 1995) приводит к закрытию соцветия и формированию терминального цветка.

Таким образом, сравнительный анализ структуры соцветий растений разных видов и характера экспрессии в них ортологов генов LFY/FLO, вызывающих формирование ФМ, и TFL1/CEN, поддерживающих недифференцированное состояние AM, свидетельствует о том, что место экспрессии этих генов определяет формирование открытого или закрытого типов соцветия. То есть, показано существование базовых генов, контролирующих таксономические признаки побеговой системы, ортологи которых имеются у разных видов растений (Doebley et al., 1998; Doebley, Lukens, 1998; Shu et al., 2000; Ежова, Склярова, 2002). В настоящее время выявлены и регуляторные гены, контролирующие таксономические признаки структуры цветка (MADS-бокс содержащие гены, контролирующие дифференцировку органов цветка; гены, контролирующие признак актиноморфности-зигоморфности) и листа (гомеобокссодержащие KNOTTED-noRoQuuQ гены). Экспериментальные исследования на мутантах и трансгенных растениях, а также изучение характера экспрессии этих регуляторных генов у видов с разной структурой побега, цветка и листа подтверждают гипотезу о том, что изменение характера экспрессии единичных регуляторных генов - это тип генетической изменчивости, который может поставлять ценный материал для естественного отбора и лежать в основе эволюционных преобразований морфологических структур.

Большинство генов, контролирующих таксономические морфологические признаки, являются регуляторными. Дупликации этих генов и последующие изменения структуры могут приводить к изменению их функции за счет изменения специфичности связывания с ДНК или смены белкового партнера (Frohlich, 1999). Если учесть, что изменения в этих генах связаны с изменениями морфологии, становится очевидным, что они должны подвергаться интенсивному направленному отбору.

Выявление генов, контролирующих важнейшие таксономические признаки морфологической структуры растений, и анализ характера их экспрессии в растениях из разных таксономических групп - это новые подходы в эволюционной биологии, позволяющие надеяться, что в ближайшие годы будет разработана новая генетическая модель морфологической эволюции растений.

Заключение диссертации по теме «Генетика», Пенин, Алексей Александрович

Выводы.

1. Мутация bra A. thaliana характеризуется рецессивным характером наследования и затрагивает ядерный ген, сцепленный с ДНК-маркерами САТ2а и EZB3, локализованными в хромосоме 4. Наиболее вероятным местом локализации гена BRA на физической карте A. thaliana является В АС-клон М4Е13.

2. Ген BRA контролирует развитие открытого эбрактеозного соцветия у A. thaliana, участвуя как в процессах редукции брактей, так и в поддержании пролиферативной активности апикальной меристемы соцветия. Ген также принимает участие в формировании флоральной меристемы и дифференцировке органов цветка.

3. В качестве основной структурной единицы при анализе генетического контроля морфогенеза растений целесообразно использовать элементарный модуль. При этом каждый модуль характеризуется морфологическими параметрами (структурой и положением) и генетическими параметрами (местом и уровнем экспрессии генов), определяющими формирование данной морфологической структуры.

4. Изменение количества органов у мутантов ар2 и ag является следствием не гомеозисных преобразований органов, а нарушения процессов определения положения органов.

5. Необходимыми и достаточными условиями для формирования терминального цветка являются: 1) наличие развитого филлома в узле, предваряющем терминальный цветок; 2) наличие достаточной активности генов флорального морфогенеза в апикальной меристеме соцветия. При нарушении любого из этих условий формирования терминального цветка не происходит.

Список публикаций по теме диссертации.

1. Ежова Т.А., Ленин А.А. Ондар У.Н. Генетический контроль морфогенеза цветоноса у Arabidopsis thaliana (L.) Heynh // Съезд ВОГиС, С-Пб, 2000. Т. 2. С. 245 -246.

2. Ленин А.А. BRACTEA - ген, отвечающий за образование эбрактеозных соцветий у Arabidopsis thaliana (L.) НеупЬ/ЛГезисы VII международной молодежной конференции ботаников, С-Пб., 2000. С. 143 - 144.

3. Ежова Т.А., Ленин А.А. BRACTEA (BRA) - новый ген Arabidopsis thaliana (L.) Heynh., отвечающий за формирование открытого эбрактеозного соцветия // Генетика, 2001. Т.37,№ 10. С. 935-938.

4. Ленин А.А. BRACTEA - ген, определяющий структуру соцветия у Arabidopsis thaliana (L.) Heynh// Тезисы первой конференции памяти Г. Менделя, М., 2001. С. 104-105.

5. Ezhova Т.А., Soladatova О.Р., Ondar U.N., Penin A.A., Ogarkova O.A., Tomolov A.A., Tomolova N.B., Tarasov V.A. Genetic collection of Arabidopsis thaliana developmental mutants// Proceedings of the International Conference "Genetic collections, isogenic and alloplasmic lines", Novosibirsk, 2001. P. 140 - 152.

6. A.A. Ленин, B.B. Чуб, T.A. Ежова. Принципы формализации данных для построения генетико-морфологической модели развития побега цветковых растенийII Онтогенез, 2002. Т.ЗЗ. № 6. С.421 - 428.

7. Ленин А.А., Чуб В.В., Ежова Т.А. Терминальный цветок: принципы формирования// Тезисы второй международной конференции по анатомии и морфологии растений, С-Пб, 2002. С. 374-375.

8. Ежова Т.А., Солдатова О.Л., Ленин А.А., Шестаков С.В. Молекулярно-генетическое картирование генома растений. М.: МАКС Пресс, 2002. 70 с.

9. Ленин А.А., ЧубВ.В., Ежова Т.А. Недетерминированный рост и наличие брактей в соцветии: генетический анализ сопряженности признаков// Тезисы 2й конференции МОГиС «Актуальные проблемы генетики», М., 2003. С. 251 - 252.

10. Чуб В.В., Алексеев Д.В., Носов М.В., Ленин А.А., Ежова Т.А., Шестаков С.В., Кудрявцев В.Б., Козлов В.Н., Шулъга О.А., Скрябин К.Г. Математическое моделирование декуссатного и спирального филлотаксиса // Тезисы V съезда общества физиологов растений, Пенза, 2003. С. 444-445.

11 .Choob V.V., Penin A.A. Homeosis in flower: changes in spatial pattern against organ substitution // Abstracts of the 16th International Symposium "Biodiversity and Evolutionary Biology", Frankfurt, 2003. P. 136.

126

Благодарности.

В заключение, я считаю своим долгом выразить глубокую благодарность моему научному руководителю Татьяне Анатольевне Ежовой за большую помощь в работе и чрезвычайно внимательное отношение к моей научной деятельности.

Я очень признателен Владимиру Викторовичу Чубу, в особенности за неистощимую, но конструктивную критику на протяжении всего времени выполнения диссертации, а также за руководство при создании математических моделей и анализе морфологии растений.

Особая благодарность сотрудникам кафедры МАТИС факультета ВМК МГУ Дмитрию Владимировичу Алексееву и Михаилу Васильевичу Носову за плодотворное сотрудничество по созданию математических моделей.

Кроме того, я очень благодарен сотрудникам лаборатории генетики арабидопсис Ольге Владимировне Лебедевой, Ольге Павловне Солдатовой и Наталье Львовне Радюкиной за советы, интересные дискуссии и помощь в проведении экспериментов, а также сотрудникам лаборатории электронной микроскопии МГУ Анатолию Георгиевичу Богданову и Георгию Натановичу Давидовичу за помощь в получении фотоизображений морфологических структур растений и снс. центра Биоинженерии РАН Ольге Альбертовне Шульге за ценные замечания при написании данной работы.

Автор выражает глубокую благодарность заведующему кафедрой генетики МГУ Сергею Васильевичу Шестакову и директору центра Биоинженерии РАН Константину Георгиевичу Скрябину, способствовавшим проведению исследований, легших в основу представляемой работы.

127

Заключение.

Генетическое и морфологическое изучение мутанта bra из коллекции кафедры генетики МГУ показало, что BRA является одним из ключевых генов, определяющих структуру соцветия A. thaliana. Одной из основных функций этого гена является редукция филломов на главной оси в зоне соцветия: брактей и околоцветника терминального цветка. До настоящего времени считалось, что за редукцию брактей отвечает ген LFY. Однако цветки у мутанта Ify, в отличие от цветков мутанта bra, в своей базальной части формируют органы, по структуре и положению свойственные вегетативным побегам, и кроющие листья этих осей не могут считаться брактеями, в строгом определении, как «кроющие листья цветков». Таким образом, на настоящее время BRA является единственным известным геном, подавляющим развитие брактей, при сохранении положения органов цветка. Следует отметить, что у большинства представителей семейства крестоцветных соцветие формируется в виде открытой эбрактеозной кисти, то есть ген BRA контролирует образование признака, характерного для всего семейства. Клонирование гена, основой для которого служит определение места его локализации в клоне М4Е13, позволит приступить к изучению возможной роли ортолога гена BRA в возникновения этого признака при образовании семейства крестоцветных.

Благодаря изучению взаимодействия генов BRA и TFL1 стало возможным сформулировать необходимые и достаточные условия для формирования терминального цветка: 1) наличие брактей в соцветии; 2) достаточная активность генов флорального морфогенеза в апексе соцветия; и показать, что при нарушении любого из этих условий формирования полного терминального цветка не происходит.

Как в случае с редукцией терминального цветка, так и в случае с редукцией брактей наблюдается преобразование структуры соцветия за счет изменения экспрессии единичных регуляторных генов (BRA, TFL1, TFL2 - при редукции терминального цветка и BRA - при редукции брактей). Можно предполагать, что подавление развития брактей у единого предка семейства крестоцветных произошло из-за изменения паттерна экспрессии единичного гена (возможно ортолога гена BRA), что привело к увеличению потока питательных веществ в цветок (благодаря исчезновению конкурирующего потребителя — брактей), и явилось эволюционно прогрессивным признаком, обуславливающим возможность появления семейства.

Образование же или редукция терминального цветка в кистевидных соцветиях, скорее всего, является селекционно-нейтральным признаком, в связи с чем переходы от открытого типа соцветия к закрытому (и обратно) могли происходить много раз и в разных таксонах с брактеозными соцветиями, и исчезновение терминального цветка закреплялось только в случае редукции брактей.

Благодаря модели развития цветка, созданной сотрудничестве с кафедрой МАТИС механико-математического факультета МГУ на основе разработанных принципов формализованного описания генетических и морфологических данных по развитию цветка, было показано, что одним из основных параметров для органов цветка является их положение, которое определяется до начала закладки органов. На основании анализа полиморфизма цветков у растений дикого типа A. thaliana и ряда мутантов с изменением типа органа цветка был определен порядок разметки органов, благодаря чему стало возможным скорректировать модель генетического контроля развития цветка.

Наиболее распространенная модель генетического контроля развития цветка предусматривает разделение генов, контролирующих формирование органов, на три класса: А, В и С (Coen, Meyerowitz, 1991; Weigel, Meyerowitz, 1994). Она учитывает, что все органы цветка собраны в мутовки, и постулирует, что формирование типа органов в каждой мутовке определяется экспрессией определенных гомеозисных генов (см. стр. 57). Так, согласно этой модели, у A. thaliana в первой мутовке экспрессируется ген АР2 класса А и определяет формирование чашелистиков в этой мутовке. Во второй мутовке он экспрессируется совместно с генами В класса APETALA3 (АРЗ) и PI, благодаря чему происходит развитие лепестков. Одновременная экспрессия генов В и С классов в третьей мутовке приводит к образованию тычинок. В четвертой мутовке образование карпелл опосредованно экспрессией генов только С класса. При этом гены А и С классов осуществляют взаимную негативную регуляцию. При нарушении функционирования генов модель предусматривает гомеозисную замену одного типа органов в определенном круге на другой. Так, например, при описании структуры мутанта ар2 говорится о преобразовании чашелистиков в карпеллы, а лепестков - в тычинки, благодаря замещению активности гена АР2 в первом и втором круге активностью гена AG; ay мутанта ag о преобразовании тычинок в лепестки, а карпелл в чашелистики.

Таким образом, в ABC модели неявным образом постулировано наличие четырех неизменных кругов цветка, которые фактически являются шаблоном, определяющим положение органов. При этом допускается изменение только типа органа, но не его положения.

Проведенный нами анализ показал, что у мутантов ар2 и ag происходит не изменение типа органа, расположенного в данной позиции, а исчезновение места образования органов (см. стр. 97 рис. 36). У ар2 не формируется зона образования околоцветника, и базальные карпеллы на оси размечаются последними базипетально. У ag не формируется зона базипетальной разметки, в которой образуются тычинки и карпеллы, а развивающиеся в дальнейшем акропетально органы по количеству и позициям не соответствуют тычинкам и карпеллам. То есть «изменения, состоящего в том, что один из членов ряда меристематических структур принимает форму или приобретает признаки другого» - гомеозисной замены по Бэтсону, предложившему этот термин (Bateson, 1894), - у мутантов ар2 и ag не происходит.

Таким образом, было показано, что прогностическая ценность ABC модели ограничена только предсказанием типа органа цветка. При этом для предсказания положения органов у растений различных видов, одиночных и двойных мутантов по генам, осуществляющим контроль развития цветка необходимо разработать новую модель, основанную на изучении генетической регуляции процессов разметки.

123

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Пенин, Алексей Александрович, 2003 год

1. Гатцук Л.Е. К методам описания и определения жизненных форм в сезонном климате//Бюл. МОИП. Отд. биол. 1974. Т. 79. С. 84-100.

2. Гатцук Л.Е. Иерархическая система структурно-биологических единиц растительного организма, выделенных на макроморфологическом уровне // Успехи экологической морфологии растений и ее влияние на смежные науки. М.: Просвещение. 1994. С. 18-19.

3. Галимзянов А.В., Чураев Р.Н. Исследование динамики системы управления морфогенезом цветка Arabidopsis thaliana методом обобщенных пороговых моделей: Препринт. Уфа: УНЦ РАН. 2001.42 с.

4. Ежова Т.А., Склярова О.А. Гены, контролирующие структуру соцветия, и их возможная роль в эволюции // Онтогенез. 2001. Т.32. С. 462-470.

5. Кузнецова Т.В., Пряхина Н. И., Яковлев Г. П. Соцветия. Морфологическая классификация. С-Пб.: Изд-е хим.-фарм. ин-та, 1992. 129 с.

6. Лакин Г.Ф. Биометрия: Учебное пособие для биологических специальностей вузов. 4 изд. М.: Высшая школа. 1990. 352 с.

7. Лотова Л.И. О классификации меристем // Вестн. МГУ. Сер. 16. биол. 1977. № 2. С. 64-75.

8. Лотова Л.И. Морфология и анатомия высших растений М.: Эдиториал, 2000.528 с.

9. Майр Э. Популяции, виды и эволюция. М.: Мир, 1974.460с.

10. Нотов А.А. О специфике функциональной организации и индивидуального развития модульных объектов// Журн. общ. биологии. 1999. Т. 60. № 1. С. 60-79.

11. Ризниченко Г.Ю. Лекции по математическим моделям в биологии. Часть 1.-Ижевск: НИЦ «Регуляторная и хаотическая динамика», 2002, 232 стр.

12. Серебровский А.С. Генетический анализ. М.: Изд-во "Наука". 1970. С. 288-290.

13. Станков С.С., Талиев В.И. Определитель высших растений европейской части СССР. М.:Советская наука, 1949. 1151с.

14. Тахтаджан А.Л. Основы эволюционной морфологии покрытосеменных. M.-JI.: Наука, 1964. 236 с.

15. Тихомиров В.Н. Гипноз цветка в проблеме происхождения покрытосеменных растений // Современные проблемы филогении растений. М.:Наука, 1986. С.31-33.

16. Уоринг Ф„ Филипс И. Рост растений и дифференцировка: пер. с англ.- М.: Мир, 1984.-512с.

17. Хохряков А.Л. Растения как модульные организмы // Тр. Междунар. конф. по анатомии и морфологии растений. СПб.: Диада, 1997. С. 371-372.

18. Ainsworth С., Thangavelu М., Crossley S. et al. Male and female flowers from the dioecious plant Rumex acetosa show different patterns of MADS-box gene expression // Plant Cell. 1995. V. 7. P. 1583 1598.

19. Akkaya M.S., Shoemaker R.C., Specht J.E., et al. Integration of simple siquence repeat DNA markers into a soybean linkage map // Crop Sci. 1995. V. 35. P. 1439-1445.

20. Alvares J., Guli C.L., Yu X.-H,, Smyth D.R. terminal flower: a gene affecting inflorescence development in Arabidopsis thaliana // Plant J. 1992. V. 2. P. 103-116.

21. Amaya L, Ratcliffe O.J., Bradley D.J. Expression of CENTRORADIALIS (CEN) and CEN-like genes in tobacco reveals a conserved mechanism controlling phase change in diverse species//Plant J. 1999. V. 11. P. 1405-1418.

22. Baum D. The evolution of plant development // Curr. Opin. Plant Biol. 1998. V. LP. 79-86.

23. Bateson W. Materials for the study of variation. London-New York: McMillan and Co, 1894, 598 P.

24. Bowman J.L., Alvarez J., Weigel D. et al. Control of flower development in Arabidopsis by ATALPEA1 and interacting genes // Development. 1993. V. 119. P. 724-743.

25. Bowman J.L., Smyth D.R., Meyerowitz E.M. Genes directing flower development in Arabidopsis//Plant Cell. 1989. V. 1. P. 37-52.

26. Bowman J.L., Smyth D.R., Meyerowitz E.M. Genetic interaction among floral homeotic genes of Arabidopsis // Development. 1991. V.112. P. 1-20.

27. Blazquez M., Soowal L., Lee I. et al . LEAFY expression and flower initiation in Arabidopsis // Development. 1997. V. 124. P. 3835-3844.

28. Bradley D., Carpenter R., Copsey L. et al. Control of inflorescence architecture in Antirrhinum//Nature. 1996. V. 376. P. 791-797.

29. Bradley D., Ratcliffe O., Vincent C. et al. Inflorescence commitment and Architecture in Arabidopsis// Scince. 1997. V. 275. P. 80-83.

30. Bruckner C. Clarification of the Carpel Number in Papaverales, Capparales, and Berberidaceae// Bot. Rev. 2000. V. 66. P. 155-309.

31. Busch M.A., Bomblies K., Weigel D. Activation of a floral homeotic gene in Arabidopsis //Science. 1999. V. 285. P. 585-587.

32. Cacharron J., Fisher A., Saedler H. et al. Expression patterns of MADS-box genes in maize as studied by in situ hybridization // Maize Genet. Coop Newsletters. 1995. V. 69. P. 37-38.

33. Callos J.D., Medford J.I. Organ positions and pattern formation in the shoot apex // Plant J. 1994. V. 6. P. 1-7.

34. Carpenter R., Coen E.S. Floral homeotic mutations produced by transposon-mutagenesis in Antirrhinum majus II Genes Devel. 1990. V. 4. P. 1483-1493.

35. Coen E. S., Romero J. M., Doyle S. et al floricaula: a homeotic gene required for flower development in Antirrhinum majuslICeW. 1990. V. 63. P. 1311-1322.

36. Coen E., Meyerowitz E. The war of the whorls: genetic interactions flower development//Nature. 1991. V. 353. P. 31-37.

37. Соеп Е. S., Nugent J. М. Evolution of flowers and inflorescences // Development. 1994. V. 120. P. 107-116.

38. Cronquist A.N. Integrated system of classification of flowering plants. N. Y.: Columbia Univ. Press. 1983. 1263 p.

39. Doebley J., Lukens L. Transcriptional regulators and the evolution of plant form // Plant Cell. 1998. V. 10. P. 1075-1082.

40. Doebley J, Stec A, Hubbard L. The evolution of apical dominance in maize // Nature. 1997. V. 386. P. 485-488.

41. EichlerA.W. Bluetendiagramme. Leipzig.: W. Engelmann, 1875. 345 S.

42. Frohlich M.W. MADS about Gnetales // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1999. V. 96. P. 8811-8813.

43. Jack Т., Brockman L.L. Meyerowitz E.M. The homeotic gene APETALA3 of Arabodopsis thaliana encodes a MADS box and is expressed in petals and stamens// Cell. 1992. V. 68. P. 683-697.

44. Jackson D., Culianez-Macia, F., Prescott, A.G., Roberts, K. and Martin, C. Expression patterns of myb genes from Antirrhinum flowers// Plant Cell. 1991. V. 3. P.l 15-125.

45. Ganal M. W., Martin G. В., Messeguer R., Tanksley S.D. Application of RFLPs, physical mapping and large DNA technologies to the cloning of important genes from crop plants // AgBiotech News and Information. 1990. V. 2: P. 835-840.

46. Goldschmidt R. The material basis of evolution. New Hawen. Yale Univ. Press. 1940.

47. Goto, K„ Meyerowitz E.M. Function and regulation of the Arabidopsis floral homeotic gene PISTILLA7M//Genes and Dev. V. 8. P. 1548-1560.

48. Cherry J.L., Adler F.R. How to Make a Biological Switch// J. theor. Biol. 2000. V. 203. P. 117-133.

49. Gibson S., Somerville C. Isolating plant genes // Tibtech. 1993. V. 11. P. 306-313.

50. Glass S.A. Kauffman S. The Logical Analysis of Continuous, Non-linear Biochemical control Networks//J. theor. Biol. 1973. V. 39. P. 103-129.

51. Glass S.A. Kauffman S. Combinatorial and topological methods in non-linear chemical kinetics// J. Chem.Phys. 1975.V.63.P. 1325-1335.

52. Gustafson-Brown C., Savidge В., Yanofsky M.F. Regulation of the Arabidopsis floral homeotic geneAPETALA //Cell. 1994. V. 76. P. 131-143.

53. Grbic V., Bleecker A. B. An altered body plan is conferred on Arabidopsis plants carrying dominant alleles of two genes // Development. 1996. V. 122. P. 2395-2403.

54. Hardenack S., Ye D., Grant S. Comparison of MADS-box gene expression in developing male and female flowers of the dioecious plant white campion // Plant Cell. 1994. V. 6. P. 1775-1787.

55. Hantke S. S„ Carpenter R., Coen E. S. Expression offloricaula in single cell layers of periclinal chimeras activates downstream homeotic genes in all layers of floral meristems//Development. 1995. V. 121. P. 27-35.

56. Haughn G. W., Sommerville C.R. Genetic control of morphogenesis in Arabidopsis // Genes Dev. 1988. V. 9. P. 73-89.

57. Hempel F.D., Weigel D., Mandel M.A. Floral determination and expression of floral regulatory genes in Arabidopsis II Development. 1997. V. 124. P. 3845-3853.

58. Hempel F. D., Zambryski C., Feldman L. J. Photoinduction of Flower Identity in Vegetatively Biased Primordia//Plant Cell. 1998. V. 10. 1663-1676.

59. Hofer J., Turner L., Hellens R. et al. UNIFOLIATA regulates leaf and flower morphogenesis in pea// Curr. Biol. 1997. V.7. P. 581-587.

60. Huala E., Sussex I.M. LEAFY interacts with floral homeotic genes to regulate Arabidopsis floral development // Plant Cell. 1992. V. 4. P. 901-913.

61. Irish V., Sussex I.M. Function of the apetalal gene during Arabidopsis floral development // Plant Cell. 1990. V. 2. P. 741-753.

62. Kang H. G., Noh Y.S., Chung Y.Y. et al. Phenotypic alterations of petal and sepal by ectopic expression of rice MADS-box gene in tobacco // Plant Mol. Biol. 1995. V. 29. P. 1-10.

63. Kelly A. J., Bonnlander M. В., Meeks-Wagner D. R. NFL, the tobacco homolog of FLORICA ULA and LEAFY, is transcriptionally expressed in both vegetative and floral meristems // Plant Cell. 1995. V. 7. P. 225-234.

64. Kempin S.A., Savidge В., Yanofsky M.F. Molecular basis of cauliflower phenotype in Arabidopsis// Science. 1995. V. 267. P. 522-525.

65. Koornneef M., Hanhart C.J., Van Loenen Martinet E.P., Van der Veen J.H. A marker line, that allows the detection of linkage on all Arabidopsis chromosomes // Arabidopsis Inf. Serv. 1987. V. 23. P. 46-50.

66. Koornneef M„ Stam P. 1987. Procedure for mapping by using F2 and F3 population // Arabidopsis Inf. Serv. 25: 35-40.

67. Kramer E.M., Dorit R.L., Irish V.F. Molecular evolution of genes controlling petal and stamen development: duplication and divergence within the APETALA3 and PISTILLATA MADS-box lineages // Genetics. 1998. V. 149. P. 765-783.

68. Kramer E.M., Irish V.F. Evolution of genetic mechanisms controlling petal development//Nature. 1999. V. 399. P. 144-148.

69. Larsson A.S., Landberg K., Meeks-Wagner D.R. The TERMINAL FLOWER2 (TFL2) gene controls the reproductine transition and meristem identity in Arabidopsis thaliana //Genetics. 1998. V. 149. P. 597-605.

70. Liljegrena S.J., Gustafson-Browna C., Pinyopicha A. et al. Interactions among APETALA1, LEAFY, and TERMINAL FLOWER1 specify meristem fate. II Plant Cell. 1999. V. 11. P. 1007-1018.

71. Levy Y.Y. and Dean C. The Transition to Flowering// Plant Cell. 1998. V. 10. P. 19731990.

72. Levin J.Z., Meyerowitz E.M. UFO: an Arabidopsis gene involved in both floral meristem and floral organ development. Plant Cell. 1995. 7: 529-548.

73. Mandel M.A., Gustafson-Brown C., Savidge B. et al. Molecular characterization of the Arabidopsis floral homeotic gene APETALAl/ZNature. 1992. V. 360. P. 273-277.

74. Mandel M.A., Yanofsky M.F. A gene triggering flower development in Arabidopsis // Nature. 1995. V. 377. P. 522-524.

75. Martin G.B., Brommonschenkel S.H., Chunwongse J. et al. Map-based cloning of a protein kinase gene conferring disease resistanse in tomato // Science. 1993. V. 262. P. 1432-1436.

76. McSteen P. C., Vincent C. A., Doyle S. et al. Control of floral homeotic gene expression and organ morphogenesis in Antirrhinum II Development. 1998. V. 125. P. 2359-2369.

77. Meksem K., Leister D., Peleman J„ et al. A high-resolution map of the vicinity of the R1 locus on chromosome V of potato based on RFLP and AFLP markers // Mol. Gen. 1995. V. 249. P. 74-81.

78. Mendosa L., Alvarrez-Buylla E.R. Dynamics of the Genetic Regulatory Network for Arabidopsis thaliana Flower Morfogenesis//J. theor. Biol. 1998. V. 193. P. 307-319.

79. Mendosa L., Thieffry D., Alvarrez-Buylla E.R. Genetic Control of Flower Morphogenesis in Arabidopsis thaliana: a Logical Analysis// Bioinformatics. 1999. V. 15. P. 593-606.

80. Meyers B.C., Chin D.B., Shen K.A., et al. The major resistance gene cluster in lettuce is highly duplicated and spans several megabases // Plant Cell. 1998. V. 10. P. 18171832.

81. Mizukami Y., Ma H. Determination of Arabidopsis floral meristem identity by AGAMOUS. I I Plant Cell. 1997. V. 9. P. 393-408.

82. Molinero-Rosales N., Jamilena M., Zurita S. et al. FALSIFLORA, the tomato orthologue of FLORICA ULA and LEAFY, controls flowering time and floral meristem identity // Plant J. 1999. V. 20. P. 685-693.

83. Ohshima S., Murata M., Sakamoto W. et al. Cloning and analysis of the Arabidopsis gene TERMINAL FLOWER1 //Mol. Gen. 1997. V. 254. P. 186-194.

84. Okamuro J.K., Boer B.G. W. den, Lotys-Prass C. et al. Flowers into shoots: Photo and hormonal control of a meristem identity switch in Arabidopsis И Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1996. V. 93. P. 13831-13836.

85. Parcy F., Nilsson O., Busch M. A. et al. A genetic framework for floral patterning I I Nature. 1998. V. 395. P. 561-566.

86. Репа L., Martin-Trillo M., Juarez J. et al. Constitutive expression of Arabidopsis LEAFY or APETALAl genes in citrus reduces their generation time // Nat. Biotechnol. 2001. V. 19. P. 263-267.

87. Perl-Treves R., Kahana A., Rosenman N. et al. Expression of multiple AGAMOUS-Wke, genes in male and female flowers of cucumber (Cucumis sativus L.) // Plant Cell Phys. 1998. V. 39. P. 701-710.

88. Pidkowich M. S., Klenz J. E., Haughn G. W. The making of a flower: control of floral meristem identity in Arabidopsis// Trends Plant Sci. 1999. V. 4. P. 64-70.

89. Pnueli L., Carmel-Goren L., Hareven D. et al. The SELF-PRUNING gene of tomato regulates vegetative to reproductive switching of sympodial meristems and is the ortholog of CEN and TFL1//Development. 1998. V. 125. P. 1979-1989.

90. Pouteau, S., Nicholls D., Tooke F. et al. The induction and maintenance of flowering in Impatiens //Development. 1997. V. 124. P. 3343-3351.

91. Ratcliffe O.J., Amaya I., Vincent C.A. et al. A common mechanism controls the life cycle and architecture of plants I I Development. 1998. V. 125. P. 1609-1615.

92. Ratclijfe O.J., Bradley D.J., Coen E.S. Separation of shoot and floral identity in Arabidopsis II Development. 1999. V. 126. P. 1109-1120.

93. Reiter R.S., Williams J.G.K., Feldmann K.A. Global and local genome mapping in Arabidopsis thaliana by using recombinant inbred lines and random amplified polymorphic DNAs//Proc. Natl.Acad. Science. USA. 1992. V. 89. P. 1477-1481.

94. Richards F.J. Phyllotaxis: its quantitative expression and relatiom to growth in the apex//Phil. Trans. R. Soc. 1951. V. 235. P. 509-564.

95. Sakai H., Medrano L. J., Meyerowitz E.M. Role SUPERMAN in maintaining Arabidopsis floral whorl bound aries// Nature. 1995. V. 378. P. 199-203.

96. Sakai H., Krizek В. A., Meyerowitz E. M. Regulation of SUP Expression Identifies Multiple Regulators Involved in Arabidopsis Floral Meristem Development// Plant Cell. 2000. V. 10. P. 1663-1676.

97. Schultz E. A., Hauhn G. W. Genetic analysis of the floral initiation process (FLIP) in Arabidopsis // Development. 1993. V. 119. P. 745-765.

98. Schultz E.A., Haughn G.W. LEAFY, a homeotic gene that regulates inflorescence development in Arabidopsis//Plant Cell. 1991. V.3. P. 771-781.

99. Sessions A., Yanofsky M.F., Weigel D: Cell-cell signaling and movement by the floral transcription factors LEAFY and APETALA1II Science. 2000. V. 289. P. 779-781

100. Shannon S., Meeks-Wagner D.R. Genetic interactions that regulate inflorescence development in Arabidopsis // Plant Cell. 1993. V. 5. P. 639-655.

101. Shannon S., Meeks-Wagner D.R. A mutation in the Arabidopsis TFL1 gene affects inflorescence meristem development // Plant Cell. 1991. V. 3. P. 877-892.

102. Shu G., Amaral W., Hileman L.C., Baum D.A. LEAFY and the evolution of rosette flowering in violet cress (Jonopsidium acaule, Brassicaceae)' // Amer. J. Bot. 2000. V. 87. P. 634-641.

103. Sieburth L. E., Running, M. P., Meyerowitz E. M. Genetic separation of third and fourth whorl functions of AGAMOUSII Plant Cell. 1995.V. 7. P. 1249 1258.

104. Simon R., Igeno M.I., Coupland G. Activation of floral meristem identity genes in Arabidopsis//Nature. 1996. V. 382. P. 59-62.

105. Smyth D.R., Bowman J.L., Meyerowitz E.M. Early flower development in Arabidopsis II Plant Cell. 1990. V. 2. P. 755-767.

106. Snow M., Snow R. Experiments on phyllotaxis I. The effects of isolation a primordium//Phil. Trans. R. Soc. 1931. V. 221. P. 1-43.

107. Souer E., Krol A. van der, Kloos D. et al. Genetic control of branching pattern and floral identity during Petunia inflorescence development // Development. 1998. V. 125. P. 733-742.

108. Southerton S.G., Strauss S.H., Olive M.R. et al Eucalyptus has a functional equivalent of the Arabidopsis floral meristem identity gene LEAFY II Plant Mol. Biol. 1998. V. 37. P. 897-910.

109. Tanksley S.D., Ganal M. W., Martin G.B. Chromosome landing: a paradigm for map-based gene cloning in plants with large genomes // Trends Gen. 1995. V. 11. P. 63-68.

110. Theissen G., Backer A., Di Rosa A. et al. A short history of MADS-box genes in plant I I Plant Mol. Biol. 2000. V. 16. P. 115-149.

111. Thieffry D., Romero D. The modularity of biological regulatory networks// Biosystems. 1999. V.50. P. 49-59.

112. Troll W. Die Infloreszenzen. I Band. Jena: Fischer Verlag, 1964.

113. Troll W. Die Infloreszenzen. II Band. Jena: Fischer Verlag, 1969.

114. Wagner D., Sablowski R. W. M., Meyerowitz E. M. Transcriptional activation of APETALA1 by LEAFY// Science. 1999. V. 285. P. 582-584.

115. Weigel D., Alvarez J„ Smyth D.R. et al. LEAFY controls floral meristem identity in Arabidopsis// Cell. 1992.V. 69. P. 843-859.

116. Weigel D., Meyerowitz E.M. Activation of floral homeotic genes in Arabidopsis. Science. 1993. 261: 1723-1726.

117. Weigel D., Nilsson O. A developmental switch sufficient for flower initiation in diverse plants // Nature. 1995. V. 377. P. 495-500.

118. Wissenbach M., Uberlacker В., Vogt F„ et al. Myb genes from Hordeum vulgare: tissue-specific expression of chimeric Myb promoter Gus genes in transgenic tobacco// Plant J. 1993. V. 4. P. 411-422.

119. Yanofsky M.F., Ma H., Bowman J.L. et al. The protein encoded by the Arabidopsis homeotic gene agamous resembles transcription factors //Nature. 1990. V. 346. P. 3539.

120. Young D.A. On the diffusion theory of phyllotaxis// J. Theor. Biol. 1978. V. 71. P. 421-432.