果实是被子植物最重要的创新性状之一，它们不仅承载着种子的繁衍与传播，更在维持人类生命的营养需求中扮演着不可或缺的角色。近日，中国科学院植物研究所的董阳研究组在国际学术期刊《Nature Plants》上发表了一项重要研究，深入探讨了果实形状的演变与调控机制，为理解植物果实多样性提供了新的科学视角。
在这个研究中，科研团队选择了十字花科中的淡红荠（Capsella rubella）作为主体，分析这一物种特有的心形角果是如何形成的。十字花科具有高度的经济价值，其果实形态展示出丰富的变异特征，这使得其成为研究果实多样化机制的理想对象。通过活细胞成像技术，研究人员观察到，随着淡红荠果实的发育，果瓣表皮细胞的分裂活性逐渐减弱，这种分裂的减少与细胞在果瓣顶端的极性生长密切相关，二者共同构成了果形的生成过程。
本研究尤为引人关注的是在基因调控层面，团队发现了干细胞特征基因CrSTM的特异表达对于果实形状影响的关键性。随着果实的发育，CrSTM基因通过生长素信号激活并维持自身的表达，形成正反馈自调控机制，从而影响果瓣顶端的细胞分裂与生长。这一发现揭示了果实内部复杂的基因调控网络，表明植物在进化过程中如何通过特定的基因组合，实现果实形态的多样化。
通过基因编辑，科研团队成功敲除了STM结合元件，显著降低了CrSTM及其相关细胞分裂标记基因的表达，这进一步印证了果瓣的形态建成与细胞行为的相互影响。有趣的是，研究者们在拟南芥中重建STM正反馈环时发现，可以诱导果瓣表皮细胞进行额外的细胞分裂，进而改变果实的形状。这不仅为果实形状解锁了新的研究思路，还为十字花科植物在农业改良方面提供了潜在的技术路径。
展开剩余 44 %
