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如果叶片长得足够丑,能够吓跑害虫吗?叶片变形记小小叶片,形态多多复叶是怎么形成的?长得丑的叶片没虫吃

作者:暴走线粒体

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叶子是最基本的植物器官之一。大多数高等植物使用叶子作为"太阳能电池板"来接收阳光。它们的大多数形式是平坦和宽的,因为这有助于增加接收光能的光合作用面积,因此它自然成为叶子的主流特征。

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如果你仔细观察,你可能会发现,小叶片在最初生长时并没有长得那么平坦和宽,而是逐渐展开的。

那么刀片是如何展开的呢?

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形态学和遗传学研究发现,叶子扩张的第一步是对称的先天性物质的变形,这导致不同的后腹部。后腹部两侧之间的边界区域也被创建。边界区域向两侧延伸,以便刀片扩展。

简单地说,刀片膨胀需要两个步骤:变形,膨胀。

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但是,小叶子基金会如何知道它应该像这样发展呢?

(胡说八道,吃饭时需要知道如何张开嘴吗?)

首先是变形,需要化学信号作为指令。

与激素一起,基因和激素充当化学信号,为叶子原始基部不同区域的细胞提供不同的指令:成为背部或成为腹部表面,并且获得命令的细胞开始生长。

基因和激素就像交通信号灯,指定一些细胞被称为背部,而另一些细胞则向下延伸到腹部表面。

下一步是扩展刀片。在后腹部表面之间有一个中间区域,表达一类特殊的WOX基因,通过提供新细胞来促进细胞分裂和叶子的扩散。

换句话说,想象一下,如果没有中间区域的WOX基因,叶子将只是一根细丝,如果中间区域的WOX基因过度表达,叶子将无限生长。

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如果生长激素是传递命令的命令箭头,那么下游信号分子就是执行命令的士兵。特异性基因表达和蛋白质合成开启,生长激素赋予的一个重要命令是激活WOX基因的表达。生长激素下游信号分子的分布与生长激素的分布紧密互补,生长激素主要分布在叶基的背面。

这样,背面有一个箭头,但没有人执行;最后,只有箭头和士兵相交的中间区域。

通过这种方式,后腹部的不对称性转化为中间区域的定义和扩展。看来,叶子的自然膨胀,其实是很多基因、激素协调表现的结果。

< h1类"pgc-h-right-arrow">小叶子,形式多样</h1>

我们在生活中看到的叶子的种类可以进一步分为单叶和复合叶。叶柄上只有一片叶子的叶子,称为单叶;

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(杨树叶;https://u.nu/vx6a6)

叶柄上有两片或多片叶子的叶子,称为复合叶,例如:

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(微毛爪哇唐松;https://u.nu/cxh1r)

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就叶子的生物学功能而言,复合叶片中每片小叶片的生物学功能相当于一片叶子,在植物进化过程中,复合叶的外观被认为具有提高光合作用效率和减少对食植物动物的损害的优点。

就像一个人的胃更大一样,当然,他们吃得越多。同时,复合叶的出现也反映了生物界从简单到复杂的进化趋势。

<h1级"pgc-h-arrow-right">复合叶是如何形成的?</h1>

现在我们对单片叶和复合叶有了基本的了解,自然而然地出现了一个问题,为什么植物的叶子不是简单的单片叶子,而是有个性,形成了这么多复合叶的一种类型,是什么决定了复合叶的产量和类型?以下最新发现应该提供一些答案。

2020年5月11日,中国科学院西双版纳热带植物园陈江华研究组、中国科学院分子植物卓越研究中心、中国科学院热带植物资源可持续利用重点实验室在《自然植物网上发表了一篇题为《药用胭脂虫模式形式的分子框架》的研究论文。

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本研究的"主角"是藜麦的野生叶片,具有羽毛状的三叶重叶,具有许多高质量的特性,既是豆科的模型植物,也是研究再生叶的理想模型材料。

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(https://en.wikipedia.org/wiki/Medicago_truncatula)

孟碧警告前方!非战斗人员迅速撤离!

先前的研究表明,藜麦中LFY的同源基因SGL1和关键的C2H2锌转录因子PALM1对于侧叶的启动和分化至关重要。

换句话说,复合叶片的形成在一定程度上由SGL1和PALM1决定。

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(他等人,2020)

时空表达分析表明,Pinna1突变体中SGL1的表达体积和表达空间显著增加和扩增,进一步的生化实验表明,PINNA1蛋白可以特异性地结合到SGL1的启动子上,抑制SGL1的表达。

值得注意的是,pinna1 palm1双突变产生多级复合叶,这让人联想到自然界中的多层复合叶,如麝香:

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进一步的研究表明,PINNA1基因编码蛋白一方面可以独立发挥作用,另一方面也可以与PALM1蛋白一起工作,实现复合叶片发育过程中SGL1时空表达的精确调控,从而决定了复合叶片中小叶片的数量和排列。

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< h1类"pgc-h-right-arrow">丑陋的叶子没有错误</h1>

植物叶子的形状可以如此多样化,但它们的生态功能在很大程度上是未知的。关于叶子形状对食草动物等生物相互作用的影响的报道较少。

2019年,Nature Plants发表了一篇题为"食草象鼻虫的叶形阻止加工"的研究论文,来自京都大学和日本东京大学。

该研究首次表明叶子的形状对食草动物起到了物理威慑作用,因此叶子形状可能是影响植物与食草动物之间相互作用的重要但被忽视的因素。

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在唇形芫荽属的植物中发现了一种特殊的卷叶象状鼻虫,其雌性将整个叶子加工成西葫芦,作为产卵时幼虫的食物和栖息地。

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(Yumiko Higuchi &amp; Atsushi Kawakita,2019)

然而,当卷叶象鼻虫面对一种叫做I. umbrosus var的香菜属时。然而,白山植物说它"不买",也不会在上面产卵。原因是植物的叶子显得很深的裂纹,外观"很丑"!

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(一.伞形(左)和I.型毛滴虫(右)叶型比较)

研究表明,在自然和实验室条件下,雌性象鼻虫相对于I.umbrosus会更喜欢I. trichocarpus,该植物的叶子没有深裂缝形式。此外,研究表明,叶子的营养特性并不能解释这种偏好,因为像鼻虫这样的幼虫在两种寄主植物上都能很好地发育。

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换句话说,研究发现叶子形状可以防止食草昆虫处理叶子。你长得越丑,害虫预防的效果就越好!

此外,一些未经叶片加工的昆虫在着陆后也使用叶形进行宿主识别。鉴于昆虫通过触摸或识别叶子形状来操纵叶子的普遍存在,不同的叶子形状可以在生物相互作用的背景下以多种方式发挥作用。

看来"丑陋"也是一件好事。

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