本报讯 近日，《科学》杂志在线发表题为《食肉植物的叶片通过基因表达的简单迁移来实现从平面到捕食陷阱的进化》的研究论文，揭示了在水生食肉植物丝叶狸藻捕虫囊的发育和进化方面取得的一系列重要进展。
该研究由英国约翰·英尼斯中心、中科院植物所、浙江农林大学等多家单位共同合作完成。其中，浙江农林大学教授崔敏龙、教师朴春兰参与完成遗传转化和基因功能分析等研究工作。相关研究表明，食肉植物陷阱的进化通过基因表达的简单转移是从平面叶片开始的：在肉食性植物丝叶狸藻中，上部叶片(近轴)区域被限制在原基的一小部分区域，从而形成了陷阱的内层。这种限制对于陷阱的形成是必要的，因为早期的异位近轴活性使叶片呈放射状且没有陷阱。
研究团队提出了一个模型，该模型显示，两个或两个以上极性场决定了叶片不同区域定向生长的速率，从而导致了叶片发育的多样性，也解释了杯状陷阱是如何独立于具有平面叶的物种而进行多次进化的。该模型解释了通过基因活性的正反轴域建立平面和非平面叶片的过程，该域建立了定向于生长的极性场。结合正交近极极性场，该系统可以产生多种叶片形式，并可以通过基因表达的简单转变来解释杯状叶片的多种进化起源。该研究在叶片发育和进化方面取得新的突破，也为植物发育模型的研究提供了借鉴。
据了解，植物的叶片具有多种形态，从常见的平面、针状结构到精致的杯状陷阱(即捕虫囊)等，但是对于叶片杯状陷阱的形成机制仍不清楚。该研究表明，在狸藻叶片的陷阱中，叶片上表面(近轴端)被限制在叶原基的一个很小的区域中，从而构成了陷阱的内表层，这对于陷阱的形成至关重要。在叶片发育早期改变叶片上表面发育相关特定基因的表达，会阻碍叶片杯状陷阱的形成，并产生辐射化的叶子。叶片上表面和下表面(远轴端)的基因表达网络形成了能够控制叶片定向生长的极性场。在此研究基础上，研究者建立了一个叶片发育的计算模型，能够解释平面和非平面叶片的形成机制。结合正交近端极性场，该模型能产生不同的叶片结构，同时，也解释了杯状叶片在基因调控下的多种进化方向。
陈胜伟
