植物中的基因转换可以将简单的勺形叶子变成带有小叶的复杂叶子

生物体形态的多样性是巨大的。但单个细胞如何共同协调复杂生物体器官和组织的形成仍是一个悬而未决的问题。

德国科隆马克斯普朗克植物育种研究所的研究人员发现了一种遗传机制，可以在叶子发育过程中改变植物细胞的生长方向，从而决定叶子的形状。

马克斯普朗克植物育种研究所的 Miltos Tsiantis 及其团队希望了解生物形态如何发展以及其多样性的基础。研究人员正在使用拟南芥 (Arabidopsis thaliana)，因为这种小花园杂草的基因组和发育多年来一直受到深入研究。

通过将其与其近亲碎米荠(Cardamine hirsuta)进行比较，研究人员想要了解不同叶子形状是如何形成的，碎米荠的叶子由单独的小叶组成，而不是像拟南芥那样具有简单的勺形叶子。

该研究结果发表在美国科学院院刊上。

叶子的生长受激素生长素控制：叶子、小叶或花朵在生长素浓度较高的区域发育。激素积聚的位置取决于 PIN1 蛋白的活性，该蛋白负责将生长素运出细胞。PIN1 转运蛋白在细胞表面的分布并不均匀，例如，可以集中在上侧或下侧。这种不对称性决定了生长素的作用位置。

PIN1 的分布也可以改变，从而形成一种开/关生长模式，例如叶子沿着茎的排列。PIN1 和生长素组织植物生长的能力早已为人所知。

“然而，我们对于 PIN1 转运蛋白的不同分布如何控制，以及如何在细胞中触发不同的生长模式，最终决定叶子的形状，知之甚少，”Tsiantis 解释道。

研究人员使用最先进的显微镜观察植物中的单个细胞，并创建了叶子发育的延时图像，使他们能够测量叶子表面每个细胞的生长情况。通过使用荧光蛋白标记他们感兴趣的基因产物，他们还可以观察哪些基因在细胞中处于活跃状态、何时何地处于活跃状态。