The role of MADS and TCP transcription factors in Gerbera hybrida flower development

Angiosperms represent a huge diversity in floral structures. Thus, they provide an attractive target for comparative developmental genetics studies. Research on flower development has focused on few main model plants, and studies on these species have revealed the importance of transcription factors, such as MADS-box and TCP genes, for regulating the floral form. The MADS-box genes determine floral organ identities, whereas the TCP genes are known to regulate flower shape and the number of floral organs. In this study, I have concentrated on these two gene families and their role in regulating flower development in Gerbera hybrida, a species belonging to the large sunflower family (Asteraceae). The Gerbera inflorescence is comprised of hundreds of tightly clustered flowers that differ in their size, shape and function according to their position in the inflorescence. The presence of distinct flower types tells Gerbera apart from the common model species that bear only single kinds of flowers in their inflorescences. The marginally located ray flowers have large bilaterally symmetrical petals and non-functional stamens. The centrally located disc flowers are smaller, have less pronounced bilateral symmetry and carry functional stamens. Early stages of flower development were studied in Gerbera to understand the differentiation of flower types better. After morphological analysis, we compared gene expression between ray and disc flowers to reveal transcriptional differences in flower types. Interestingly, MADS-box genes showed differential expression, suggesting that they might take part in defining flower types by forming flower-type-specific regulatory complexes. Functional analysis of a CYCLOIDEA-like TCP gene GhCYC2 provided evidence that TCP transcription factors are involved in flower type differentiation in Gerbera. The expression of GhCYC2 is ray-flower-specific at early stages of development and activated only later in disc flowers. Overexpression of GhCYC2 i
Kukkien kehitysbiologinen tutkimus pyrkii selvittämään mitkä säätelytekijät ohjaavat kukkaelinten kehitystä sekä kukan muodon ja koon määräytymistä. Vertailemalla geenien toimintaa ja säätelyverkostoja eri kasvilajien välillä saadaan arvokasta tietoa kukkien rakenteen kehityksestä sekä evoluution toimintamekanismeista. Tämän työn tutkimuskohteena on ollut auringonkukkien heimoon kuuluva Gerbera hybrida, jonka kukinnon rakenne on monimutkaisempi kuin perinteisesti kukan kehitysbiologian tutkimuksessa käytetyillä mallikasveilla, kuten lituruoholla ja leijonankidalla. Gerberan kukinto koostuu sadoista yksittäisistä kukista, jotka ovat erilaistuneet sekä rakenteeltaan että toiminnaltaan. Kukinnon reunoilla olevissa laitakukissa on näyttävät terälehdet jotka houkuttelevat pölyttäjiä kukinnon keskustaan. Kukinnon keskellä olevat kehräkukat ovat pienempiä ja vain niissä on toiminnalliset heteet. Tutkimuksen tavoitteena on ollut löytää tekijöitä, jotka säätelevät Gerberan kukkatyyppien erilaistumista ja kehitystä. Vaikka auringonkukkien heimo on yksi suurimmista kasviheimoista, heimolle tyypillisen kukintorakenteen, mykerön, kehityksen säätelystä on vain vähän aiempaa tietoa. Työssä keskityttiin kahteen geeniperheeseen, MADS-box ja TCP-geeneihin, joiden tiedetään olevan tärkeitä kasvien kehityksen säätelytekijöitä. MADS-box geenit säätelevät muun muassa kukkaelinten identiteettiä kun taas TCP-geenit ohjaavat yleisemmin kasvien muodon kehitystä kuten haaroittumista ja kukkien symmetrian kehitystä. Gerberan kukkatyyppien välisten rakenteellisten erojen havaittiin muodostuvan jo hyvin varhaisessa mykerönkehityksen vaiheessa. Geenien ilmentymisen vertailu mikrosirukokeella laita- ja kehräkukkien välillä osoitti, että useat MADS-box geeniperheen jäsenet ilmentyvät eri tavalla eri kukkatyypeissä. Tulokset viittaavat siihen, että MADS proteiinit vaikuttavat kukkatyyppien erilaistumiseen muodostamalla erilaisia proteiinikomplekseja eri kukkatyypeissä. TCP säätelytekijöillä havaitti