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植物所科研人员在复杂花瓣发育的分子机制研究中取得重要进展

  花瓣在大小、形状、颜色和功能等方面呈现出非常丰富的多样性。根据其在边缘或背腹面是否具有修饰,花瓣可以被分为简单花瓣(simple petal)和复杂花瓣(elaborate petal)。复杂花瓣在被子植物的二十多个目中已有记载,被认为与相关类群的辐射分化有关。前人的研究发现,导致花瓣复杂化的机制主要是边缘复杂化(marginal elaboration)和腹面复杂化(ventral elaboration),另外还可能会涉及到特化性状的形成。但是,导致复杂花瓣形成的机制尚不清楚。 

  中科院植物所孔宏智研究组长期从事花和花器官多样化的分子机制研究。近期,该团队以大马士革黑种草(Nigella damascena)为研究材料,通过详细的比较转录组-表达谱及表达和功能研究,详细解析了花瓣复杂化的分子机制。该研究不仅鉴定了在花瓣中特异和特异高表达的基因和程序,而且发现了复杂花瓣形态建成所必需的基因和程序。通过将基因的表达变化与花瓣的发育过程相关联,他们还筛选出30个可能控制花瓣边缘复杂化、腹面复杂化及特化性状(如蜜腺、假蜜腺和长、短表皮毛等)形成的候选基因。有意思的是,一个在其他物种中控制表皮毛和叶卷须发育的基因(即LMI1),是大马士革黑种草花瓣上短表皮毛发育和下唇二裂所不可或缺的。这些结果表明,对已有基因和程序的重新招募,可能是复杂花瓣形成的关键。该研究不仅揭示了花瓣复杂化的发育机制,而且为理解其他叶性器官形态和结构复杂化和多样化的原因和机制奠定了基础。 

  该研究成果于2020730日在线发表于著名国际学术期刊The Plant Cell上。同日发表的评述文章(DOI: 10.1105/tpc.20.00556)还对本文作了高度评价,并特别强调以非模式植物为体系开展研究对于解决模式植物无法回答的基本生物学问题具有重要意义和巨大潜力。孔宏智研究组的助理研究员张睿博士、特别研究助理傅学浩博士以及博士研究生赵彩耀和程为论文共同第一作者,孔宏智研究员为通讯作者。该研究得到中国科学院项目的资助。 

  文章链接:DOI: 10.1105/tpc.20.00330 

  系统进化实验室供稿) 

   

  复杂花瓣和花瓣的复杂化方式 


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