跳动城乡网植物叶子有许多不同的形状、大小和复杂性。有些叶子大而光滑，而另一些则较小且有锯齿。有些叶子以单片形式生长，而另一些则形成多张小叶。叶子结构的这些变化对于植物在不同环境中的适应和生存发挥着至关重要的作用。
“植物形态本质上是多种多样的，”马里兰大学细胞生物学和分子遗传学系名誉教授刘忠池说。“形态差异有助于植物的生存，包括植物调节温度的能力以及它们如何有效地将水从根部输送到身体的其他部位。
“了解造成不同叶子形态的机制将有助于更好地了解植物如何在充满挑战的条件下生存。”
在2024年1月发表在《当代生物学》杂志上的一篇论文中，刘的实验室确定了三种具有不同叶子结构的草莓植株上涉及叶子发育的两个关键调控途径。在表达每种植物独特叶子复杂性(单片与多个小叶)或边缘特征(平滑与锯齿状边缘)的基因的引导下，这两条途径随着时间的推移轮流塑造叶子。
研究人员表示，这些途径对植物发育的影响时间与由此产生的多样化叶子结构之间的联系可用于帮助植物适应或耐受更广泛的条件和环境。
“如果我们能够调整这种关系，我们就可以做一些事情，比如让草莓产生更大的生物量，从而有可能支持更多的水果产量，”该论文的主要作者、UMD细胞生物学和分子遗传学系博士后助理XiLuo解释道。
“我们还可以将这些草莓带到其原生栖息地以外的地方，通过改变它们的叶子形态来扩大它们的适应性。例如，更多的锯齿意味着它们对寒冷的适应能力更强。更宽、更光滑的叶子意味着它们会更好在温暖的地方生存。”
刘的团队发现这两种途径影响不同发育阶段的草莓植株。例如，由表达叶子复杂性的基因控制的途径可以决定草莓植物形成单叶结构，而不是通常的三叶(三片)生长模式。
随着植物的成熟，表达边缘特征的基因控制的途径可以抑制CUC2基因(负责植物细胞的生长和分裂)并限制叶子锯齿的深度。随着草莓植物的生长，这些途径共同作用来激活或抑制CUC2基因，从而产生不同形状的植物，这可以增加草莓植物的生存机会。
不过，研究人员的发现并不局限于草莓。对拟南芥(一种与卷心菜和芥菜有关的小型开花植物)进行的实验表明，叶缘特征具有类似的调节作用，这表明这些塑造机制也可能适用于许多其他植物。
弄清楚植物如何控制叶子形状为科学家和农学家提供了新工具，帮助植物抵御高温和其他气候条件并更有效地节约用水。这使得科学家们距离让世界做好应对气候变化挑战的准备又近了一步。
“这样的研究对我们在保护和农业方面的努力有很多影响，”罗说。“我们现在更有能力保护我们的自然资源和粮食供应免受极端条件的影响。”
