水生所揭示多种水生植物异形叶发育的趋同调控机制
图1 水生植物异形叶发育的调控机制图
水生植物为应对水位升降而演化出了异形叶来适应环境。异形叶植物的陆生叶形简单，气孔密度较高，而水生叶则趋同演化出了相似表型：叶形多为深裂或线形，表皮气孔密度降低或缺失。近年来，国内外开展了一些水生植物异形叶的调控机制研究，但个别物种的调控途径不足以代表各类水生植物异形叶趋同演化的普遍规律，其特殊性和普遍性仍存在争议。
为解决上述问题，中国科学院水生生物研究所侯宏伟团队对已收集的多种水生植物开展了形态、结构、生理和转录组比较分析。研究表明，调控叶形发育的KNOX1基因在鹿角矮珍珠（毛茛科）、水生蔊菜（十字花科）、粉绿狐尾藻和乳突狐尾藻（小二仙草科）、羽裂水蓑衣（爵床科）和小红莓（柳叶菜科）等多种异形叶植物的水生叶中普遍上调，异源过表达这些KNOX1基因会导致拟南芥产生相似的深裂叶表型，表明该基因具有保守的促进叶形复杂化的能力，因而水生环境下该基因的表达量上调可能是促进异形叶植物在水生生境中趋同形成复杂叶形的关键原因。
研究发现，脱落酸处理能够显著诱导7个物种的水生植株产生陆生叶形，可能是促进其陆生叶发育的关键植物激素；这些植物在沉水处理后气孔密度降低，可能是气孔发育相关基因的表达下调而导致的趋同表型。目前，对水生植物叶形变异的计算方式（包括叶片长宽比（L/W）、椭圆指数（EI）、解剖指数（DI）等）尚无统一量化指标。团队通过比较不同环境下多个物种的叶形差异，确定DI（周长除以面积的开方）能够显著区分各种叶形变异，可作为量化水生植物叶形的统一指标，为相关科研人员提供了参考。
上述成果以“Transcriptomic analyses reveal common heterophylly regulations in eight amphibious eudicots”为题，在线发表于植物学领域经典国际期刊Plant & Cell Physiology。水生所李高洁项目副研究员为该论文第一作者，侯宏伟研究员为通讯作者。相关工作得到中国科学院国际伙伴计划项目资助。
