苔藓植物的研究揭示了控制植物分枝的遗传途径的进化

非维管苔藓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次上争夺光线。如果植物没有得到足够的阳光，它就会停止侧向分枝，而是垂直生长以获得阳光。

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，地钱Marchantiapolymorpha的植物体与维管植物的植物体有根本不同，它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，树木和其他植物在树冠中争夺光线。阳光不足导致植物调节其分枝模式以有利于垂直生长。植物通过光敏色素感知直射阳光和阴影之间的差异，光敏色素普遍存在于植物界，从藻类到苔藓植物再到开花植物。

“我们早就知道，光敏色素会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、GMIDolan小组前博士后研究员SusannaStreubel说。沿着茎的新分支是由侧生组织产生的，侧生组织是植物干细胞的生成中心，有利于侧向生长。“这种对阴影的反应需要关闭侧生组织的活动。”

地钱减少树荫下的分枝

研究人员假设，被认为类似于最早的陆地殖民植物的地钱类非维管苔藓植物也具有一种机制，可以使它们的分枝模式适应不断变化的光照条件。像维管植物一样，它们有分生组织并且能够分枝。然而，与在尖端或顶端下方横向分枝的维管植物不同，苔藓植物仅在顶端分枝，这种机制称为二分枝。

研究人员对地钱进行了表型分型，发现在全白光下，地钱的扁平体(也称为菌体)有规律地分枝。“然而，在模拟的阴影中，许多沿着主要生长轴的地钱分生组织处于休眠状态并且不产生分枝。因此，菌体表现出避荫的特征，”Streubel说。由于地钱也使用光敏色素，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，与维管束陆生植物类似，光敏色素信号通路引导地钱的避荫反应。

分子调控的独立进化?

Dolan和他的团队在M.polymorpha中寻找二分分支和分生组织活动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，他们发现一种称为MpSPL1的转录因子和一种地钱特异性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，而地钱-特定的miRNA激活它们。

这些结果部分地与拟南芥中光调节侧枝的已知分子机制形成对比，拟南芥是维管植物中研究最多的模型。事实上，虽然拟南芥中控制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地钱中发现的基因相距甚远。

根据这些结果，该团队推测调节分枝的分子机制可能在苔藓植物和维管植物中独立进化。“总的来说，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着完全不同的陆生植物家族的分枝，这些植物具有根本不同的分枝模式，”GMI小组负责人LiamDolan说，他是该论文的通讯作者。学习。