中國科學院植物研究所研究員孔宏智團隊與合作者以毛茛科黑種草屬植物為研究體系，系統(tǒng)研究了錐形細胞、短表皮毛和長表皮毛這三種凸起細胞的細胞學特征及其發(fā)育和進化機制。相關研究成果近日發(fā)表于《自然-通訊》（Nature Communications）。
錐形細胞和表皮毛是植物體表面常見的凸起細胞，在形態(tài)、大小和分布式樣等方面呈現(xiàn)出豐富的多樣性。這些凸起細胞的存在不僅增強了相應器官的復雜性，而且賦予了器官特定的生態(tài)學功能。此前，科學家們在擬南芥、番茄、黃瓜、棉花和金魚草等物種中已經(jīng)鑒定出多個調(diào)控錐形細胞和表皮毛分化的關鍵基因，但由于缺乏在同一器官上的比較研究，關于不同類型凸起細胞的發(fā)育和進化機制以及它們之間的區(qū)別與聯(lián)系仍不清楚。
孔宏智團隊綜合運用多種技術方法研究發(fā)現(xiàn)，盡管錐形細胞、短表皮毛和長表皮毛均為單細胞結構，但它們在形狀、長度、數(shù)量、分布模式、表面紋飾、細胞倍性、發(fā)育過程和形成機制等方面均存在明顯差異。MIXTA僅參與錐形細胞的發(fā)育，并不調(diào)控長、短表皮毛的形成。兩類表皮毛的命運均由MYB-bHLH-WDR復合體-GL2通路成員決定，但關鍵調(diào)控因子的組合并不完全相同。其中，短表皮毛的命運由MYB5-1、GL3、TT8和GL2決定，而長表皮毛的命運則由MYB5-1、MYB5-2、GL3和GL2決定。在生態(tài)學功能上，短表皮毛作為微型支柱，使花瓣上、下唇之間保留微小縫隙，以便傳粉者吸食花蜜。
科研人員進一步研究發(fā)現(xiàn)，黑種草屬植物花瓣上的長、短表皮毛均起源于類似長毛的祖先細胞；二者的進化分別涉及對MYB5-2和TT8的獨立招募。
該研究不僅首次全面探討了同一器官上不同類型凸起細胞之間的區(qū)別與聯(lián)系，而且為深入理解花瓣復雜化和新性狀起源的機制提供了新見解。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41467-025-64028-3
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