版納植物園揭秘鷹嘴豆葉片分子機制

　　近日，中國科學院西雙版納熱帶植物園熱帶植物資源可持續利用重點實驗室陳江華研究組首次以鷹嘴豆為研究對象，解析了豆科植物中羽狀復葉的小葉原基時空起始模式調控的分子機制。相關研究發表于《自然-通訊》。

　　葉片是植物最重要的光合作用器官和抗病場所。從形態學上，葉片可以分為單葉和復葉，而最引人注意的就是千姿百態的復葉結構。復葉形態是如何產生的、背后潛在的分子機制是什么，一直是植物科學家的研究熱點。

　　鷹嘴豆的成熟葉片是典型的一回奇數羽狀復葉，具有一個頂小葉和多對側小葉。研究人員首先通過掃描電鏡解析了野生型鷹嘴豆早期復葉發育的全過程，明確了側小葉原基沿復葉原基（CLP）基頂軸方向的起始順序是典型的向頂式。隨后，他們以一個60年前就已報道的多級羽狀復葉突變體mpl1為研究對象，通過構建遺傳群體，鑒定出MPL1編碼一個C2H2的鋅指蛋白轉錄因子。

　　原位雜交的結果顯示，MPL1基因的表達模式與復葉原基分生活性維持基因CaLFY呈現互補的表達模式。研究人員又通過轉錄組的數據分析、RNA原位雜交及生化實驗證明，MPL1通過直接抑制CaLFY在葉原基的表達和分布，同時整合激素信號通路共同維持鷹嘴豆的羽狀復葉模式建成。在小葉發生過程中，CaLFY在復葉原基頂部的表達量最高，往基部的方向表達量依次降低；而MPL1基因在復葉原基基部的表達量最高，往頂部的方向表達量依次降低。

　　研究人員解釋，最基部的小葉原基在起始后被轉化為早期的“頂部”，具有更強的產生新小葉原基的能力；偏上的小葉原基則轉化為后期的“頂部”，具有較弱的產生新小葉原基的能力。因此，可以看到MPL1突變體中傘形的、多達3級共40多個小葉構成的多級羽狀復葉結構。

　　該研究揭示了一個重要的調控鷹嘴豆羽狀復葉模式建成的作用機理，為解析植物復葉形態建成的分子機制提供了新線索，同時也為鷹嘴豆的分子育種和遺傳改良提供了重要的理論指導和基因資源。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-43975-9