小叶的大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，例如在毛苦(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，托叶会长出另一片叶子(中间)。同样的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活跃在叶尖，而不是豌豆的托叶，托叶形成大型光合器官。

秋天，不仅有抢眼的颜色，还有大小不一、形状各异的叶子。但是是什么使得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们现在发现了一种名为LMI1的蛋白质如何控制叶子的生长和形状。

来自马克斯普朗克主任Miltos Tsiantis实验室的Francesco Vuolo和他的同事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，他们开始研究叶子中鲜为人知的部分，称为托叶。这些生长物在发育过程中形成于叶的基部，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，托叶形成大部分的叶子。

利用遗传学、显微镜和数学模型的结合，他们能够证明LMI1保持托叶小。如果在叶子发育期间细胞中产生蛋白质，它只是继续生长而不是分裂。这种成熟形式的细胞会阻止细胞发育成其他细胞类型，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增加，但这反过来减小了最终器官的尺寸。“虽然细胞更大，但叶子仍然更小，”Vuolo解释道。

LMI1在其他植物的叶片形态调控中也起着决定性的作用。研究小组发现，LMI1不是在豌豆植物的大叶托叶中产生的，而是在豌豆叶片的上部，其中形成了一种叫做卷须的线性攀爬器官。“卷须中的细胞也会变得更大，分裂得更少，”Vuolo说。因此，豌豆叶片中LMI1产生的模式可能是其特征形状的原因，顶端有线性卷须，基部有大托叶。

这些重要的发现揭示了托叶发育的起源，表明它们实际上是被LMI1维持在抑制状态的神秘叶片。英国自然科学家查尔斯达尔文在1865年写了一篇关于托叶、叶子和卷须等不同植物部分如何相互联系的文章。因此，本研究解决了长期存在的植物形态学问题和新问题。研究生长在叶形态进化中作用的方法。“有一天，他们可以为培育具有改良叶片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蛋白在番茄果实生长中的作用，这是一个重要的农业特征，”Tsiantis说。

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