Onderzoek werpt nieuw licht op evolutie van vlinderorchideeënbloem

Bij de bestuiving van orchideeën komt het erop aan dat stuifmeelklompjes heel precies op specifieke organen van bestuiver en bloem terechtkomen. De bloem van een vlinderorchidee heeft drie kelkbladen en drie kroonbladen. Aan de binnenkant van de kroonbladen bevinden zich de helmknop en de stempel, die samen één orgaan vormen: het zuiltje. Het middelste kroonblad wordt de lip genoemd, en is vaak verfraaid met een callus. Tijdens de bestuiving biedt de callus houvast voor het insect. Om te voorkomen dat het insect voortijdig vertrekt, spelen de stelidia (uitsteeksels van het zuiltje) een sleutelrol. Zij beletten het insect te ontsnappen en positioneren bovendien de kop of andere lichaamsdelen van het dier op de juiste plaats vóór de voortplantingsorganen van de bloem. Ten slotte werken het mentum (een uitstulping gevormd door de voet van het zuiltje en de basis van de lip) en de zijkanten van de zijkelkbladen als een scharnier, dat een insect kort tegen het zuiltje klemt om te zorgen dat de stuifmeelklompjes op de juiste plek belanden.

Bestuivers

In de loop van de evolutie van de vlinderorchideeën heeft de vorm van de callus, de stelidia en het mentum zich aangepast aan de verschillende grootte van bestuivers. Dit leidde tot andere bloemvormen. Bij de vorming van de bloemorganen zijn MADS-box- en MYB-transcriptiefactoren betrokken. In het onderzoek zijn elektronenmicroscopie, micro-3D-CT-scanning en genexpressieanalyse toegepast om de bloemontwikkeling beter te begrijpen. Er zijn zowel weefsels uit bloemknoppen als open bloemen geanalyseerd van twee verschillende vlinderorchideën: Phalaenopsis equestris en Phalaenopsis pulcherrima. De eerste soort heeft bloemen met een grote callus, korte stelidia en een lip zonder mentum. Van de laatste soort hebben de bloemen een kleine callus, lange stelidia en een goed ontwikkeld mentum. De bestuivers verschillen ook: P. equestris wordt bestoven door grote bijen uit het geslacht Xylocopa, P. pulcherrima door veel kleinere bijen uit het geslacht Amegilla.

Transcriptiefactoren bepalen bloemvorm  

De resultaten van het onderzoek laten zien dat de stelidia zich al vroeg ontwikkelen in jonge bloemknoppen, terwijl de callus en het mentum pas later gevormd worden. Een combinatie van micro-3D-CT- en genexpressieanalyses toont aan dat de stelidia ooit meeldraden waren, dat de callus is ontstaan uit een fusie van een kroonblad en meeldraad, en dat het mentum uit meeldraad-, kelk- en kroonbladweefsel bestaat. Is de expressie van het SEP-1 gen hoog, dan is de expressie van veel andere genen laag en onstaat een groot callus op de lip van de vlinderorchidee. Is de situatie andersom dan blijft het callus klein. In bloemen met een goed ontwikkeld mentum en lange stellidia is de expressie van AP3-1 en AGL6-1 genen hoog en van veel andere genen laag. In bloemen zonder mentum en met korte stelidia is de situatie omgekeerd.

Meer informatie

Lees het hele artikel: Evolution and development of three highly specialized floral structures of bee-pollinated Phalaenopsis species

Tekst: Dewi Pramanik, Naturalis Biodiversity Center
Foto's: Rogier van Vugt (leadfoto: Phalaenopsis equestris); Naturalis Biodiversity Center; Dewi Pramanik