Dudits Dénes

A növények szexuális életének molekuláris titkai

V. A virágcsodák mestergénjei

Miután a hajtásmerisztéma átalakult virágmerisztémává, elindul a virág szerveinek kialakulását meghatározó genetikai program. A következő ábra (23. ábra) vázlatos képet ad a virágot alkotó szervekről, amelyek körkörös elrendezésben, szigorúan meghatározott számban és helyen alakulnak ki. Kérdés, hogy milyen gének működnek a virágban. A rekombináns DNS-módszerek számos stratégiát ajánlanak a virágban kifejeződő gének azonosítására. A biológiai rendszer komplexitása szükségessé teszi, hogy átfogó képet nyerjünk a génkifejeződési mintázatról. A funkcionális genomika ennek érdekében használja a DNS-chiptechnológiát. A (24. ábra) technológia segítségével egy robot segítségével akár 20 ezer génmintát is el lehet helyezni egy mikroszkóp tárgylemezén. A rendszer lehetővé teszi a felvitt DNS-minták azonosítását a később elvégzendő hibridizáció után. Ha a levél-, illetve virágspecifikus géneket kívánjuk megtalálni, akkor kétféle fluoreszcens festék jelenlétében a levélből és virágból izolált mRNS felhasználásával ún. kópia-DNS-eket (cDNS) szintetizálunk. A kétféle cDNS-molekula populáció keverékét a tárgylemezen elhelyezett génmintákhoz hibridizáljuk, amikor is a szétválasztott DNS-szálak megtalálják komplementereiket. Ezt követően egy lézerleolvasó azonosítja a fluoreszcens jel alapján, melyek a zölden világító, levélspecifikus gének, illetve a pirosan fluoreszkáló virágspecifikus gének. A sárga jel azokat a géneket mutatja, amelyek mind a két szervben aktívak (animáció). Mivel egy nemzetközi genom-együttműködés keretében a lúdfű teljes DNS-állományának meghatározták a nukleotid sorrendjét, a komputerprogramok segítségével in silico megbecsülhető a gének száma. Az Arabidopsis hozzávetőlegesen 25 ezer génnel rendelkezik. Tekintettel a virágban működő gének nagy számára, még további kiterjedt kutatásokra van szükség, hogy ezeknek a géneknek a szerepét tisztázni lehessen. (A DNS-chiptechnológiáról lásd Falus András előadását!)

23. ábra

24. ábra

25. ábra

Korábban már láthattuk, hogy a virág szervei igen szigorú rend szerint helyezkednek el, és számuk is fajra jellemző. Az Arabidopsis virágmutánsok részletes tanulmányozásával fel lehetett térképezni a virágszervekért felelős funkciókat és az azokat meghatározó géneket. Ezek a kutatások igazolták, hogy hasonlóan az állatokhoz, például az ecetmuslicához (Drosophila), a morfológiai struktúrákat, a szervek kialakulását, a test formálásának programját a növényekben is az ún. homeotikus gének irányítják. A homeotikus mestergénekre jellemző egy 183 bázispárból álló ún. "homeobox" szekvenciaszakasz, amely egy specifikus DNS-kötő képességgel rendelkező polipeptidet, az ún. homeodomaint kódolja. A homeotikus gének termékei, hasonlóan más, a génkifejeződés szabályozásában résztvevő fehérjékhez, koordináló szerepet töltenek be. A sejtek helyzetétől függő funkcionális programot határoznak meg azáltal, hogy különböző gének molekuláris kapcsolójaként működnek.

26. ábra

27. ábra

28. ábra

29. ábra

ArabidopsisA funkcióértB funkcióC funkció

A következő képsorozat (28. ábra) valós megjelenésükben mutatja be a homeotikus mutációk eredményeként kialakult bizarr virágstruktúrákat. A virágok formája és színe természetesen megváltoztatható a homeotikus génekkel végzett génbeépítési kísérletekkel is. A következő ábrán (29. ábra) új, transzgénikus gerberavirág-variánsokat láthatunk, amelyek vagy a homeotikus génműködés fokozása, vagy a gén elhallgattatása eredményeként alakultak ki. Mindenki ízlése szerint dönthet, hogy melyik változatot találja érdekesnek.