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版纳植物园揭秘鹰嘴豆叶片分子机制

2023.12.22

　　近日，中国科学院西双版纳热带植物园热带植物资源可持续利用重点实验室陈江华研究组首次以鹰嘴豆为研究对象，解析了豆科植物中羽状复叶的小叶原基时空起始模式调控的分子机制。相关研究发表于《自然-通讯》。

　　叶片是植物最重要的光合作用器官和抗病场所。从形态学上，叶片可以分为单叶和复叶，而最引人注意的就是千姿百态的复叶结构。复叶形态是如何产生的、背后潜在的分子机制是什么，一直是植物科学家的研究热点。

　　鹰嘴豆的成熟叶片是典型的一回奇数羽状复叶，具有一个顶小叶和多对侧小叶。研究人员首先通过扫描电镜解析了野生型鹰嘴豆早期复叶发育的全过程，明确了侧小叶原基沿复叶原基（CLP）基顶轴方向的起始顺序是典型的向顶式。随后，他们以一个60年前就已报道的多级羽状复叶突变体mpl1为研究对象，通过构建遗传群体，鉴定出MPL1编码一个C2H2的锌指蛋白转录因子。

　　原位杂交的结果显示，MPL1基因的表达模式与复叶原基分生活性维持基因CaLFY呈现互补的表达模式。研究人员又通过转录组的数据分析、RNA原位杂交及生化实验证明，MPL1通过直接抑制CaLFY在叶原基的表达和分布，同时整合激素信号通路共同维持鹰嘴豆的羽状复叶模式建成。在小叶发生过程中，CaLFY在复叶原基顶部的表达量最高，往基部的方向表达量依次降低；而MPL1基因在复叶原基基部的表达量最高，往顶部的方向表达量依次降低。

　　研究人员解释，最基部的小叶原基在起始后被转化为早期的“顶部”，具有更强的产生新小叶原基的能力；偏上的小叶原基则转化为后期的“顶部”，具有较弱的产生新小叶原基的能力。因此，可以看到MPL1突变体中伞形的、多达3级共40多个小叶构成的多级羽状复叶结构。

　　该研究揭示了一个重要的调控鹰嘴豆羽状复叶模式建成的作用机理，为解析植物复叶形态建成的分子机制提供了新线索，同时也为鹰嘴豆的分子育种和遗传改良提供了重要的理论指导和基因资源。

　　相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-43975-9

叶片鹰嘴豆 calfy mpl1

中国科学报

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周锦帆