小叶子的宏细胞科学家发现了控制叶子生长和形状的蛋白质

托叶出现在叶柄的基部，由于生长停滞可能保持不明显，例如在有毛的苦味中(左)。这些不同的生长模式依赖于LMI1基因，导致生长停滞。当LMI1突变时，托叶长出另一片叶子(中间)。同一基因负责卷须的生长停滞——豌豆叶尖的线性结构(右)。这是因为LMI在豌豆的叶尖而不是托叶中是活跃的，托叶形成大的光合器官。

秋天，不仅有醒目的颜色，还有不同大小和形状的树叶。但是是什么让不同植物的叶子形状如此不同呢？科隆马克斯普朗克植物育种研究所的科学家发现了一种叫做LMI1的蛋白质是如何控制叶子的生长和形状的。

马克斯普朗克研究所所长、米尔托斯齐桑茨实验室的弗朗切斯科武洛(Francesco Vuolo)和他的同事们正在研究人们在自然界中可以看到的令人眼花缭乱的叶子形状变化的机制。最近，他们开始研究鲜为人知的叶子部分，叫做托叶。这些生长物在发育过程中形成于叶片的基部，它们的大小和功能在不同的植物种类中有很大的不同。在模式植物拟南芥中，成熟的托叶仍然很小，尽管它们构成幼叶的重要部分。在其他植物中，如豌豆，托叶形成了大部分的叶子。

利用遗传学、显微镜和数学模型的结合，他们可以证明LMI1使托叶保持小。如果蛋白质是在叶片发育过程中在细胞中产生的，它只会继续生长而不是分裂。这种成熟的细胞形式可以阻止细胞发展成其他细胞类型，并限制可用于进一步组织生长的细胞库。虽然细胞生长在早期阶段会增加，但这反过来会缩小最终器官的大小。“虽然细胞很大，但叶子仍然很小，”Vuolo解释说。

LMI1在其他植物的叶片形态调节中也起着决定性的作用。研究小组发现，LMI1不是在豌豆植株的大叶状托叶中产生的，而是在豌豆叶片的上部，在那里形成了一种叫做卷须的线性攀援器官。“卷须中的细胞也会变得更大，分裂更少，”Vuolo说。因此，豌豆叶片中LMI1代的模式可能是其特征形状的原因，顶端为线状卷须，基部为大托叶。

这些重要发现揭示了托叶的发育起源，表明它们实际上是被LMI1维持在抑制状态的神秘叶片。托叶、叶子和卷须等不同的植物部分是如何相互关联的，这个问题一直困扰着英国自然科学家查尔斯达尔文，他在1865年写了一篇关于它们的文章。因此，本研究解决了植物形态学长期存在的问题和新问题。方法研究生长在叶片形态进化中的作用。“总有一天，它们可以为培育能改善叶子或其他器官的新农业植物品种做出贡献。例如，我们正在研究LMI1蛋白作为一种重要的农业特征在番茄果实生长中的作用，”Tsiantis说。

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