苔藓植物研究揭示了控制植物分支的遗传途径的进化

白光或模拟阴影下两种Marchantia多形植物的照片和分支模式。学分：©多兰实验室 / 当前生物学 / GMI

（蜘蛛网eeook.com）据美国物理学家组织网（格雷戈尔·孟德尔分子植物生物学研究所）：非维管植物生活在覆盖地面的菌落中，类似于小森林。在真实的森林中，植物在树冠的不同层中争夺光线。如果植物没有接收到足够的阳光，它会停止横向分枝，而是垂直生长以到达阳光。

奥地利科学院格雷戈尔·孟德尔分子植物生物学研究所（GMI）的研究人员发现，苔藓Marchantia polymorpha的植物体与维管植物的植物体根本不同，也会根据阴影调整其结构。这些关于控制分支的遗传途径进化的新见解发表在《当代生物学》上。

森林由多层树冠组成，树木和其他植物在其中争夺光线。阳光不足导致植物调节其分支模式以促进垂直生长。植物通过光敏色素感知阳光直射和阴影之间的差异，光敏色素是植物界普遍存在的光感受器，从藻类到苔藓植物再到开花植物。

“我们早就知道光敏色素通知维管植物停止横向生长，而是垂直生长以避免或超过阴影邻居，”第一作者Susanna Streubel说，他是GMI多兰小组的前博士后研究员。沿茎的新分支由侧分生组织产生，分生组织是有利于横向生长的植物干细胞的生成中心。“这种对阴影的反应需要关闭侧分生组织的活动。

研究人员假设，苔藓，非维管束苔藓植物，被认为类似于最早的陆地定植植物，也具有使其分支模式适应不断变化的光照条件的机制。像维管植物一样，它们有分生组织，能够分枝。然而，与在尖端或顶端下方横向分支的维管植物相反，苔藓植物仅在顶端分支，其机制称为二分枝。

研究人员对苔类植物进行表型分析，发现在全白光下，扁平的苔藓体（也称为菌体）有规律地分支。“然而，在模拟的阴影中，沿生长主轴的许多苔藓分生组织进入休眠状态并且不产生分支。因此，菌体表达了避荫的特征，“Streubel说。由于苔类植物也使用光敏色素，研究人员分析了影响光敏色素和光敏色素相关基因的突变。他们证明，与维管陆生植物类似，光敏色素信号通路引导苔藓中的避荫反应。

Dolan和他的团队在多态性M. polymorpha中寻找二分类分支和分生组织活性的其他遗传调节因子。通过检查全白光与阴影下的基因表达模式，他们发现称为MpSPL1的转录因子和苔藓特异性microRNA（miRNA）对分生组织功能具有拮抗作用：MpSPL1对于使分生组织休眠至关重要，而苔藓特异性miRNA激活它们。

这些结果与拟南芥中光调节侧支的已知分子机制形成部分对比，拟南芥是研究最多的维管植物模型。事实上，尽管控制拟南芥中光调节分支的基因也属于SPL家族并且是miRNA的靶标，但它们在进化上与现在在肝苔中发现的基因相距甚远。

有了这些结果，研究小组推测调节分支的分子机制可能在苔藓植物和维管植物中独立进化。“总体而言，我们的研究结果表明，光敏色素调节的miRNA和SPL基因活性的部分保守机制控制了具有根本不同分支模式的完全不同的陆地植物家族的分支，”GMI小组负责人Liam Dolan说。