Hortic Res 推荐 | 马里兰大学刘重持教授团队野生草莓叶型研究揭示叶片形态多样化形成机制

叶片形态对植物具有重要的生态和生理意义。不同的叶片形状和结构有助于植物适应特定的环境条件，如温度、光照和水分。在植物学研究中，叶片形态的独特特征被广泛用于物种鉴定。全面理解叶片形态的发育机理可帮助研究人员深入了解植物-环境的适应策略和植物生态系统，提高农业生产力。叶片形状和结构的变化主要由叶片复合性（单叶 vs 复合/分裂叶）和叶缘特征（光滑或锯齿状）决定。此前在番茄和小檗等模式植物中已鉴定了许多调控叶片形态的因子，包括“CUC2—生长素”高度保守的转录模块，但目前尚不清楚这一模块在不同物种中如何调节各具特征的叶片形状。此外，叶片复合性调控和叶缘形态调控之间的联系也尚未知。

2024年1月24日，Current Biology 在线发表了美国马里兰大学刘重持教授团队题 Leaf dissection and margin serration are independently regulated by two transcription factors converging on the CUC2-auxin module in wild strawberry 的研究论文。该论文利用野生草莓为研究对象，揭示了草莓叶片的复合性和叶缘锯齿形成分别由两个转录因子独立调节。进一步发现这两个转录因子在叶片发育的不同阶段调控 CUC2 表达，以控制叶片复合度和边缘锯齿。这项研究提供了一个清晰而简单的实现叶片形态多样化的机制。

草莓具有锯齿状边缘的三出复叶。研究人员在野生草莓 Fragaria vesca 化学诱变群体中鉴定出一个深叶缘锯齿的突变体，命名为"salad"，其表现为更深的叶缘锯齿，但叶片复合性正常。SALAD 编码了一个单 Myb 结构域的转录因子，其表达区域与 FveCUC2a 在叶缘的表达区域重叠（图1）。遗传分析表明 SALAD 通过在叶缘抑制 FveCUC2a 的表达来限制叶缘锯齿的深度（图2）。同时我们敲除了拟南芥中 SALAD 的两个同源基因，导致拟南芥基生叶片更深的锯齿，支持了 SALAD 在多个植物物种中调控叶缘锯齿的保守功能。通过分析第三个单叶但叶缘锯齿正常的草莓突变体 simple leaf 1 (sl1)，研究人员证明 SL1 和 SALAD 分别在叶片发育的不同阶段独立调控 FveCUC2a，从而分别调节叶片复合性和叶缘锯齿（图3）。通过独立修改这两个通路，改变“CUC2—生长素”模块的时空调控，可以实现多样化的叶片形态。

图1 SALAD表达区域与FveCUC2a在叶缘的表达区域重叠

图2 SALAD通过负调控FveCUC2的表达调控叶缘形态

图3 SL1和SALAD在叶片发育不同阶段分别独立调控叶片复合性和叶缘锯齿

马里兰大学细胞生物和分子遗传系博士后罗熙为论文第一作者，课题组博士后郭磊，本科生Ethan Tagliere参与了研究。刘重持教授为论文通讯作者，深圳合成生物学创新研究院杨贞标教授参与了该研究项目。本研究得到了美国国家科学基金会的项目资助。刘重持教授于2024年1月全职加入深圳理工大学合成生物学院，课题组诚聘植物分子遗传方向博士后/研究助理/技术员若干，欢迎有志青年加入，联系方式zc.liu2@siat.ac.cn，简历及邮件标题请注明“应聘岗位-学校名称-专业-姓名”。

文章链接：

https://doi.org‍/10.1016/j.cub.2024.01.010

转自：“园艺研究”微信公众号

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