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苔蘚植物研究揭示了控制植物分支的遺傳途徑的進化

發帖時間：2025-12-07 05:04:10

[休閑] 來源：桑間濮上網

白光或模擬陰影下兩種Marchantia多形植物的照片和分支模式。學分：©多蘭實驗室 / 當前生物學 / GMI
（神秘的植物植物地球uux.cn）據美國物理學家組織網（格雷戈爾·孟德爾分子植物生物學研究所）：非維管植物生活在覆蓋地面的菌落中，類似于小森林。研究在真實的揭示徑的進化森林中，植物在樹冠的控制不同層中爭奪光線。如果植物沒有接收到足夠的分支陽光，它會停止橫向分枝，傳途而是苔蘚垂直生長以到達陽光。
奧地利科學院格雷戈爾·孟德爾分子植物生物學研究所（GMI）的植物植物研究人員發現，苔蘚Marchantia polymorpha的研究植物體與維管植物的植物體根本不同，也會根據陰影調整其結構。揭示徑的進化這些關于控制分支的控制遺傳途徑進化的新見解發表在《當代生物學》上。
森林由多層樹冠組成，分支樹木和其他植物在其中爭奪光線。傳途陽光不足導致植物調節其分支模式以促進垂直生長。苔蘚植物通過光敏色素感知陽光直射和陰影之間的差異，光敏色素是植物界普遍存在的光感受器，從藻類到苔蘚植物再到開花植物。
“我們早就知道光敏色素通知維管植物停止橫向生長，而是垂直生長以避免或超過陰影鄰居，”第一作者Susanna Streubel說，他是GMI多蘭小組的前博士后研究員。沿莖的新分支由側分生組織產生，分生組織是有利于橫向生長的植物干細胞的生成中心。“這種對陰影的反應需要關閉側分生組織的活動。
苔蘚減少陰涼處的分枝
研究人員假設，苔蘚，非維管束苔蘚植物，被認為類似于最早的陸地定植植物，也具有使其分支模式適應不斷變化的光照條件的機制。像維管植物一樣，它們有分生組織，能夠分枝。然而，與在尖端或頂端下方橫向分支的維管植物相反，苔蘚植物僅在頂端分支，其機制稱為二分枝。
研究人員對苔類植物進行表型分析，發現在全白光下，扁平的苔蘚體（也稱為菌體）有規律地分支。“然而，在模擬的陰影中，沿生長主軸的許多苔蘚分生組織進入休眠狀態并且不產生分支。因此，菌體表達了避蔭的特征，“Streubel說。由于苔類植物也使用光敏色素，研究人員分析了影響光敏色素和光敏色素相關基因的突變。他們證明，與維管陸生植物類似，光敏色素信號通路引導苔蘚中的避蔭反應。
分子調控的獨立進化？
Dolan和他的團隊在多態性M. polymorpha中尋找二分類分支和分生組織活性的其他遺傳調節因子。通過檢查全白光與陰影下的基因表達模式，他們發現稱為MpSPL1的轉錄因子和苔蘚特異性microRNA（miRNA）對分生組織功能具有拮抗作用：MpSPL1對于使分生組織休眠至關重要，而苔蘚特異性miRNA激活它們。
這些結果與擬南芥中光調節側支的已知分子機制形成部分對比，擬南芥是研究最多的維管植物模型。事實上，盡管控制擬南芥中光調節分支的基因也屬于SPL家族并且是miRNA的靶標，但它們在進化上與現在在肝苔中發現的基因相距甚遠。
有了這些結果，研究小組推測調節分支的分子機制可能在苔蘚植物和維管植物中獨立進化。“總體而言，我們的研究結果表明，光敏色素調節的miRNA和SPL基因活性的部分保守機制控制了具有根本不同分支模式的完全不同的陸地植物家族的分支，”GMI小組負責人Liam Dolan說。

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