科学家发现控制叶生长和形状的蛋白质 时间:2021-04-16 16:13:13  来源:
 


在秋天，不仅颜色吸引眼球，而且树叶的大小和形状也不同。但是，是什么使不同植物的叶子的形状差异如此之大呢？科隆马克斯·普朗克植物育种研究所的科学家现在发现了一种名为LMI1的蛋白质如何控制叶片的生长和形状。
来自Max Planck实验室主任Miltos Tsiantis实验室的Francesco Vuolo及其同事正在研究人们可以在自然界中看到的令人眼花leaf乱的叶片形状背后的机制，最近，他们将工作转向研究鲜为人知的叶部分-托叶。这些生长物在发育过程中在叶的底部形成，并且在不同的植物物种中，其大小和功能差异很大。在示范植物拟南芥中，成熟的托叶仍然很小，尽管它们构成了幼叶的主要部分。在其他植物（例如豌豆）中，托叶形成了叶子的很大一部分。
结合遗传学，显微镜和数学模型，他们能够证明LMI1使托叶小。如果该蛋白质是在叶片发育过程中在细胞中产生的，它只会继续生长而不是分裂。这种细胞成熟形式可防止细胞发育成其他细胞类型，并限制可用于进一步组织生长的细胞池。继而，尽管细胞生长早期增加，但仍减小了最终器官的大小。Vuolo解释说：“尽管细胞较大，但叶子仍然较小。”
豌豆叶卷须
 


LMI1在其他植物的叶片形态调节中也起着决定性作用。研究小组发现，LMI1不是在豌豆植物的大叶状托叶中产生，而是在豌豆叶的上部产生，那里称为线须的线状爬升器官形成。Vuolo说：“卷须中的细胞也长得更大，分裂更少。”因此，豌豆叶中LMI1产生的模式可能是其特征形状的原因，叶尖上有线状卷须，而基部则有大的托叶。
这些重要发现为托叶的起源提供了新的线索，表明它们实际上是隐叶，被LMI1维持在抑制状态。托叶，叶子和卷须等不同植物之间如何相互联系的问题早已被英国自然科学家查尔斯·达尔文（Charles Darwin）所困扰，他于1865年撰写了有关它们的文章。因此，这项研究解决了长期存在的植物形态学问题以及研究生长在叶片形状演变中的作用的新方法。“有一天，它们可以为具有改良叶片或其他器官的农业新植物品种的育种做出贡献。例如，我们现在正在研究LMI1蛋白在番茄果实生长中作为重要农业特性的作用。”马克斯·普朗克植物育种研究所所长Tsiantis说。
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自然界中植物的叶子千姿百态，人们一直认为它们生来如此，但美德两国的科学家们最近发现，一种叫微核苷酸（miRNAs）的基因组织能够调控植株叶子的形态，其调控结果对植物吸收太阳光的能量和结出更多的果实具有十分重要的作用。这一成果刊登在近期出版的《自然》杂志上。
来自美国俄勒冈州立大学、加利福尼亚的萨尔克研究院以及德国马克斯植物研究所的科学家们称，微核苷酸是由22个核苷酸组成的基因调节物质，首先是在线虫的幼虫中发现的，后来在
研究人员所检测过的所有多细胞生物中也被发现。它是一种能够有效控制基因表达的基因物质。几个研究所的科学家们通过合作，确认一种叫JAW的微核苷酸能作用于5种特定的目标基因，控制植物叶子和其它器官的细胞分裂。
俄勒冈州立大学的卡林顿教授说，在针对阿拉伯芥的试验中，为了让叶子变得扁平，微核苷酸需要在植株生长过程的准确时间和部位锁定并破坏某种目标基因。如果阿拉伯芥产生了过多的JAW微核苷酸，那么叶子就会变得皱缩和卷曲，这是因为过多的微核苷酸破坏了某种基因表达的平衡，导致在生长的叶子中出现过多的细胞分裂，其结果就是在一个相对平坦的空间里挤进过多的细胞，导致叶子卷曲。
研究人员认为，植物叶面的平整性对于植物来说具有相当重要的意义。展平的叶子能够吸收更多的光能和太阳能。此外，植物顶端有专用于此的细胞，而在下端，叶子的作用更多的是气体交换。整个过程非常有效，这在一定程度上归功于叶子形成的特定形状。随着更多的微核苷酸种类被发现以及它们在植物生长过程中的作用得到确认，培育出多产植物的可能性也将变得更大。

贴主:shoppersVIP于2021_05_15 22:28:34编辑