Science科学家们解开了草叶之谜
我们的割草机定期割草,牛羊吃草,但草还会继续长出来。其惊人的再生能力的秘密部分在于其叶子的形状,但这种形状是如何产生的一直是一个长期争论的话题。
这场辩论与我们的主要作物小麦、水稻和玉米有关,因为它们属于草科,叶子类型相同。
目前,约翰·英尼斯中心的一个研究小组与康奈尔大学、加州大学伯克利分校和爱丁堡大学合作,利用最新的计算模型和发育遗传技术揭开了草叶形成的神秘面纱。
通讯作者之一Enrico Coen教授在谈到发表在《Science》杂志上的这一发现时说:“草叶一直是一个谜。通过制定和测试其演化和发展的不同模型,我们已经表明,当前的理论可能是不正确的,而一个在19世纪提出的被抛弃的想法更接近事实。”
开花植物可分为单子叶植物和双子叶植物。单子叶植物,包括草科植物,在其基部有环绕茎的叶,并有平行的脉。双子叶植物,包括芸苔属植物,豆科植物和最常见的花园灌木和乔木,它们的叶子被茎与茎分开,称为叶柄,通常有宽的叶片和网状的静脉。
在草类中,叶子的基部形成一个管状结构,称为鞘。鞘可以让植物增加高度,同时保持它的生长尖接近地面,保护它不受割草机的刀片或草食动物的门牙的伤害。
在19世纪,植物学家提出草鞘相当于双子叶的叶柄。但这一观点在20世纪受到了挑战,当时植物解剖学家注意到叶柄有平行的静脉,类似于草叶,并得出结论,整个草叶(除了顶端的一小部分)来自叶柄。
利用计算模型和发育遗传学的最新进展,研究小组重新审视了草的发育问题。他们建立了关于草叶子如何生长的不同假设模型,并将每个模型的预测与实验结果进行了检验。令他们惊讶的是,他们发现,基于19世纪鞘-叶柄等效理论的模型比当前的观点得到了更有力的支持。
这反映了在动物发展中发现的一个被抛弃的理论——昆虫的“下腹”侧对应于我们这样的脊椎动物的背部——在新的发育遗传学研究中得到了证实。
草的研究表明,基于共同基因活动模式的生长规则的简单调节,可以产生不同叶子形状的显著多样性,如果没有这些,我们的花园和餐桌将会变得更糟糕。
10.1126/science.abf9407