在秋天不仅是颜色吸引眼球，而且还有不同大小和形状的叶子。但是是什么使得不同植物的叶子在形状上有如此大的不同？德国科隆马普植物育种研究所的科学家们发现了一种名为LMI1的蛋白质是如何控制树叶生长和形状。马克斯·普朗克实验室主任弗朗切斯科·武洛(Francesco Vuolo)和同事米洛斯·齐安提斯(Miltos Tsiantis)正在研究树叶形状变化的机理。最近将研究重点转向了被称为托托叶的叶片部分。这些外生植物在发育过程中形成于叶片基部，在不同的植物种类中大小和功能都有很大的差异。在拟南芥模型中，成熟的托叶仍然很小，虽然它们构成了幼叶的一个重要部分。
叶柄基部的托叶由于生长受阻而不明显，如多毛的苦芥(左)。这些不同的生长模式取决于LMI1基因，而LMI1基因会导致生长停滞。当LMI1发生突变时，托叶会长成附加叶(中间)。相同的基因，负责生长停止的卷须-线状结构在豌豆叶的顶端(右)。这是因为在豌豆中，LMI是活跃在叶片的顶端而不是托叶，托叶形成了大型的光合器官。图片：Peter Huijser
博科园-科学科普：在其他植物中，如豌豆，叶的大部分是由托叶构成的。通过基因显微镜和数学模型的结合，能够证明LMI1使托叶变小。如果蛋白质是在叶片发育过程中在细胞中产生的，它只是继续生长而不是分裂。这种形式的细胞成熟阻止了细胞发展成其他类型的细胞，并限制了细胞池的进一步组织生长。这反过来又减少了最终器官的大小，尽管早期细胞生长增加，尽管有更大的细胞，叶子仍然更小。
有卷须的豌豆叶
LMI1在其他植物叶片形态调控中也起着决定性作用，研究小组发现，LMI1不是在豌豆植株的大叶柄中产生，而是在豌豆叶的上部产生的。卷须里的细胞也越来越大，分裂也越来越少。因此豌豆叶片中LMI1产生的模式可能决定了其特有的形状，在叶片的顶端有一些像线一样的卷须，在底部有大的托叶。这些重要的发现为托叶的发育起源提供了新的线索，表明它们实际上是由LMI1抑制的隐性叶片。
扫描电子显微镜图像从一个天然的(左边)和一个突变的(右边)多毛叶芥的年轻的叶子。图片：Peter Huijser
英国自然科学家查尔斯·达尔文(Charles Darwin)在1865年曾著述过类似于托叶、树叶和卷须等不同植物部位之间的联系。因此这项研究既解决了长期存在的植物形态学问题，也解决了研究生长在树叶形状演化中的作用的新方法。总有一天，它们将有助于培育新的植物品种，用于农业改良叶片或其他器官。例如现在正在研究LMI1蛋白在番茄果实生长中作为一种重要的农业性状的作用。
博科园-科学科普｜研究/来自：马克斯普朗克协会
参考期刊文献:《Genes & Development》
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