本報訊 近日，《科學(xué)》雜志在線發(fā)表題為《食肉植物的葉片通過基因表達(dá)的簡單遷移來實現(xiàn)從平面到捕食陷阱的進(jìn)化》的研究論文，揭示了在水生食肉植物絲葉貍藻捕蟲囊的發(fā)育和進(jìn)化方面取得的一系列重要進(jìn)展。

　　該研究由英國約翰·英尼斯中心、中科院植物所、浙江農(nóng)林大學(xué)等多家單位共同合作完成。其中，浙江農(nóng)林大學(xué)教授崔敏龍、教師樸春蘭參與完成遺傳轉(zhuǎn)化和基因功能分析等研究工作。相關(guān)研究表明，食肉植物陷阱的進(jìn)化通過基因表達(dá)的簡單轉(zhuǎn)移是從平面葉片開始的：在肉食性植物絲葉貍藻中，上部葉片(近軸)區(qū)域被限制在原基的一小部分區(qū)域，從而形成了陷阱的內(nèi)層。這種限制對于陷阱的形成是必要的，因為早期的異位近軸活性使葉片呈放射狀且沒有陷阱。

　　研究團(tuán)隊提出了一個模型，該模型顯示，兩個或兩個以上極性場決定了葉片不同區(qū)域定向生長的速率，從而導(dǎo)致了葉片發(fā)育的多樣性，也解釋了杯狀陷阱是如何獨立于具有平面葉的物種而進(jìn)行多次進(jìn)化的。該模型解釋了通過基因活性的正反軸域建立平面和非平面葉片的過程，該域建立了定向于生長的極性場。結(jié)合正交近極極性場，該系統(tǒng)可以產(chǎn)生多種葉片形式，并可以通過基因表達(dá)的簡單轉(zhuǎn)變來解釋杯狀葉片的多種進(jìn)化起源。該研究在葉片發(fā)育和進(jìn)化方面取得新的突破，也為植物發(fā)育模型的研究提供了借鑒。

　　據(jù)了解，植物的葉片具有多種形態(tài)，從常見的平面、針狀結(jié)構(gòu)到精致的杯狀陷阱(即捕蟲囊)等，但是對于葉片杯狀陷阱的形成機制仍不清楚。該研究表明，在貍藻葉片的陷阱中，葉片上表面(近軸端)被限制在葉原基的一個很小的區(qū)域中，從而構(gòu)成了陷阱的內(nèi)表層，這對于陷阱的形成至關(guān)重要。在葉片發(fā)育早期改變?nèi)~片上表面發(fā)育相關(guān)特定基因的表達(dá)，會阻礙葉片杯狀陷阱的形成，并產(chǎn)生輻射化的葉子。葉片上表面和下表面(遠(yuǎn)軸端)的基因表達(dá)網(wǎng)絡(luò)形成了能夠控制葉片定向生長的極性場。在此研究基礎(chǔ)上，研究者建立了一個葉片發(fā)育的計算模型，能夠解釋平面和非平面葉片的形成機制。結(jié)合正交近端極性場，該模型能產(chǎn)生不同的葉片結(jié)構(gòu)，同時，也解釋了杯狀葉片在基因調(diào)控下的多種進(jìn)化方向。

　　陳勝偉