科學家揭開草的葉子的再生秘密
草會被我們的割草機定期切割,會被牛和羊吃草,但它們仍舊能繼續生長。 這一非凡的再生能力的秘密部分在於其葉子的形狀,但這種形狀是如何產生的卻一直是一個辯論的話題。 這場爭論跟我們的主食作物小麥、水稻和玉米有關,因為它們都是草科的成員,具有相同的葉子類型。
來自約翰因斯中心的一個團隊跟康奈爾大學和加州大學伯克利分校以及愛丁堡大學合作,他們通過利用最新的計算模型和發育遺傳技術揭開了草的葉子的形成謎團。
這項研究的論文作者之一Enrico Coen教授在談到發表在《科學》上的這一發現時指出:”草的葉子一直是一個難題。 通過制定和測試其進化和發展的不同模型,我們已經表明目前的理論很可能是不正確的,而19世紀提出的一個被拋棄的想法更接近目標。 ”
開花植物可分為單子葉植物和裸子葉植物。 單子葉植物–包括草科植物,其葉子在底部環繞著莖部並且整個葉脈是平行的。 而 包括十字花科植物、豆科植物和大多數常見的花園灌木和樹木在內的裸子植物,其葉子通過莖桿(稱為葉柄)遠離莖部,通常有寬大的片狀葉脈,呈網狀。
在草類中,葉子的基部形成一個管狀結構,被稱為鞘。 鞘使植物能夠增加高度,另外還能使其生長端接近地面從而保護其免受割草機刀片或食草動物門牙的傷害。
在19世紀,植物學家提出,草的鞘相當於裸子植物葉的葉柄。 但這一觀點在20世紀受到了挑戰,當時植物解剖學家注意到葉柄有平行的脈絡,跟草的葉子相似,另外還得出結論–整個草的葉子(除了其頂端的一個小區域)都來自於葉柄。
通過利用計算建模和發育遺傳學的最新進展,該團隊重新審視了草的發育問題。 他們對草的葉子如何生長建立了不同的假設,另外還根據實驗結果測試了每個模型的預測。 令他們驚訝的是,他們發現基於19世紀的葉鞘-葉柄等價(sheath-petiole equivalence)模型比目前的觀點得到了更大的支援。
這反映了動物發育中的發現,在那裡,一個被拋棄的理論–昆蟲的”腹下”跟我們這樣的脊椎動物的背部相對應–在新發育遺傳學研究中得到了證實。
這項對草的研究表明,基於基因活動的共同模式對生長規則的簡單調節可以產生不同葉子形狀的顯著多樣性,如果沒有這些我們的花園和餐桌就會變得更差。