復(fù)葉千姿百態(tài)的奧秘

王超群，賀亮亮，陳江華?

①中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園，昆明 650223；②中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

1 單葉和復(fù)葉的發(fā)育

葉是植物進(jìn)行光合作用的主要部位，在形態(tài)上表現(xiàn)出極大的多樣性，因此是研究植物復(fù)雜形態(tài)建成和演化的很好模型。自然界中的葉片包括單葉(simple leaf)和復(fù)葉(compound leaf)兩種最基本的類型。單葉包含一個(gè)葉片單元；復(fù)葉由多個(gè)葉片單元，即小葉(leaflet)構(gòu)成。從生物學(xué)功能上來說，每一個(gè)小葉等同于一個(gè)單葉，因此在植物演化歷程中，復(fù)葉的出現(xiàn)被認(rèn)為帶來了一定的優(yōu)勢，如提高光合效率、減少植食性動物的損傷等[1]。根據(jù)復(fù)葉中小葉的數(shù)目和排列方式，復(fù)葉又可分為羽狀復(fù)葉、掌狀復(fù)葉、三出復(fù)葉和單身復(fù)葉等。此外，還有各種各樣的多級復(fù)葉，如二回三出復(fù)葉、多回羽狀復(fù)葉等。

葉的發(fā)育過程可以分為三個(gè)連續(xù)和交叉的事件：起始(initiation)、初級形態(tài)建成(primary morphogenesis)和次級形態(tài)建成(secondary morphogenesis)[2-3]。單葉和復(fù)葉都起始于莖頂端分生組織(shoot apical meristem, SAM)的側(cè)翼。單葉的初級形態(tài)建成是一個(gè)相對短暫和簡單的形態(tài)改變過程：建立葉最基本的結(jié)構(gòu)框架，包括三維極性的建立，即近軸端-遠(yuǎn)軸端(也稱基-頂軸向，proximo-distal)、近軸面-遠(yuǎn)軸面(也稱背-腹軸向，adaxial-abaxial)、中-側(cè)軸(mediolateral)，以及葉各部分結(jié)構(gòu)(葉柄、葉片和葉邊緣等)初級形態(tài)的形成[2]。相比之下，復(fù)葉的初級形態(tài)建成包括一個(gè)特殊而復(fù)雜的發(fā)育過程，即小葉的形成，這一過程決定了復(fù)葉中小葉的數(shù)目和排列方式。不同植物中，保守或特異的遺傳因子協(xié)同調(diào)控復(fù)葉的初級形態(tài)建成和小葉的時(shí)空起始，最終導(dǎo)致了復(fù)葉形態(tài)的復(fù)雜性和多樣性(圖1)。小葉起始后，利用與單葉發(fā)育類似的機(jī)制來建立其三維極性，并分化出各部分結(jié)構(gòu)。次級形態(tài)建成過程是指在已分化出的葉的基本結(jié)構(gòu)框架上，細(xì)胞進(jìn)一步特化出具有功能的組織結(jié)構(gòu)，如表皮細(xì)胞、柵欄組織、海綿組織和維管束組織等。次級形態(tài)建成在單葉和復(fù)葉中是比較保守的。下面著重探討復(fù)葉初級形態(tài)建成的分子機(jī)制。

2 KNOXI與復(fù)葉發(fā)育

復(fù)葉發(fā)育的分子機(jī)制研究最早始于番茄(Solanum lycopersicum)。早在20世紀(jì)90年代，Hareven 等人將玉米KNOXI基因(class I Knotted1-like homeobox)KN1在番茄中錯(cuò)位表達(dá)(misexpression)導(dǎo)致了超級復(fù)葉(supercompound leaf)的發(fā)生[4]。最近20多年中，美國加利福尼亞大學(xué)Neelima Roy Sinha等人深入研究了KNOXI基因在不同物種復(fù)葉發(fā)育中作用的廣泛性和保守性[5-6]。目前的研究表明，KNOXI調(diào)控復(fù)葉發(fā)育途徑是存在于包括番茄在內(nèi)的大多數(shù)植物中的保守機(jī)制，KNOXI的表達(dá)與復(fù)葉的形態(tài)之間有很高的相關(guān)性(圖1)。KNOXI基因首先是SAM的特征基因，它通過在SAM區(qū)域的特異表達(dá)來維持其無限生長(indeterminancy)屬性。單葉植物葉發(fā)育過程中，KNOXI基因在葉原基中檢測不到表達(dá)；但是復(fù)葉植物中，葉原基從頂端分生組織側(cè)翼起始后，KNOXI在復(fù)葉原基中的表達(dá)激活了其無限生長屬性，維持復(fù)葉原基的形態(tài)發(fā)生活性(morphogenetic activity)，從而促進(jìn)小葉原基的發(fā)生。以色列希伯來大學(xué)的Naomi Ori和Yuval Eshed等人以茄科植物番茄為模式材料，鑒定出許多控制復(fù)葉形態(tài)發(fā)生活性的關(guān)鍵遺傳因子，同時(shí)也揭示了生長素、細(xì)胞分裂素和赤霉素等重要植物激素對番茄復(fù)葉的可塑性發(fā)育調(diào)控十分重要[7-9]。這些研究極大地加深了對復(fù)葉形態(tài)多樣性形成機(jī)制的認(rèn)識。

圖1 復(fù)葉的發(fā)育過程：(a)番茄不同發(fā)育時(shí)期的復(fù)葉原基。(b)蒺藜苜蓿不同發(fā)育時(shí)期的復(fù)葉原基。箭頭所示復(fù)葉原基和小葉原基；☆代表頂端分生組織；虛線代表小葉和小葉之間的邊界。(c)復(fù)葉發(fā)育過程示意圖

植物都會利用一些保守的因子來調(diào)控自身特有復(fù)葉形態(tài)的形成，但是有些植物也發(fā)展了一些物種特異因子來調(diào)控這個(gè)過程。近一二十年來，德國馬克斯·普朗克植物育種研究所Angela Hay和 Miltos Tsiantis等人對十字花科擬南芥(Arabidopsis thaliana)和其近緣復(fù)葉物種碎米薺(Cardamine hirsuta)的葉發(fā)育進(jìn)行深入和系統(tǒng)的比較研究[10-12]。碎米薺復(fù)葉形態(tài)建成也是由保守的KNOXI途徑調(diào)控，但是其物種自身特異因子如HD-ZIP I Homeodomain家族基因REDUCED COMPLEXITY(RCO)也被招募來調(diào)控這個(gè)過程[13]。同時(shí)，他們結(jié)合經(jīng)典的遺傳學(xué)和最新的基因組學(xué)、植物成像和建模技術(shù)，展示了基因的活性如何通過影響細(xì)胞生長來調(diào)控葉器官形態(tài)建成，以及演化過程中如何改變器官的發(fā)育模式來決定復(fù)葉的最終形態(tài)的發(fā)生。這些研究進(jìn)一步促進(jìn)人們從多維角度，包括分子、細(xì)胞和演化等層面來理解復(fù)葉千姿百態(tài)形成的奧秘。

3 豆科植物的復(fù)葉發(fā)育

豆科植物呈現(xiàn)極其豐富的復(fù)葉形態(tài)多樣性，幾乎囊括了所有類型的復(fù)葉模式，并且有許多植物表現(xiàn)為單葉結(jié)構(gòu)，如紫荊族分支和山螞蝗屬的部分植物[14]。豆科植物葉形態(tài)的多樣性是系統(tǒng)分類學(xué)、形態(tài)發(fā)生學(xué)、進(jìn)化發(fā)育生物學(xué)、遺傳學(xué)以及古生物學(xué)等學(xué)科的重要研究方向之一。同時(shí)，豆科植物在農(nóng)業(yè)和生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用，一系列重要農(nóng)作物如大豆(Glycine max)、花生(Arachis hypogaea)等是人類和動物主要的植物蛋白及油脂來源。豆科多個(gè)模式植物已被用于復(fù)葉發(fā)育的研究，其中豌豆是最經(jīng)典的用于復(fù)葉發(fā)育研究的遺傳材料。在20世紀(jì)末至21世紀(jì)初，英國約翰英納斯中心Julie Hofer和 Noel Ellis等人在豌豆(Pisum sativum)復(fù)葉發(fā)育的研究上做了系統(tǒng)的工作，克隆了很多葉形態(tài)突變體的基因，并提出豌豆復(fù)葉模式建成機(jī)制，為豆科植物的復(fù)葉發(fā)育機(jī)制研究奠定了基礎(chǔ)[15-17]。在20世紀(jì)末，我國豆科植物的功能基因研究始于植物學(xué)家羅達(dá)先生，他為這一領(lǐng)域培養(yǎng)了一批優(yōu)秀人才。

雖然KNOXI途徑在大多數(shù)植物的復(fù)葉發(fā)育中具有廣泛性和保守性，但在豆科植物的復(fù)葉發(fā)育調(diào)控機(jī)制上出現(xiàn)了分化[6,18]。目前已知，在屬于豆科IRLC(inverted repeat-lacking clade)分支的復(fù)葉發(fā)育中，KNOXI基因的作用完全被LFY同源基因UNIFOLIATA(UNI)和SINGLE LEAFLET1(SGL1)所代替[15,19]。而一些non-IRLC豆科植物，KNOXI和LFY對于維持復(fù)葉原基的形態(tài)發(fā)生活性都發(fā)揮著重要的作用[6,20-21]。但是我們也要知道，目前對于non-IRLC豆科植物，只有LFY基因的功能缺失突變體，而沒有KNOXI基因的功能缺失突變體報(bào)道，所以對于KNOXI基因在其復(fù)葉發(fā)育中究竟有何作用還不清楚。因此，探索KNOXI途徑和LFY途徑在豆科植物復(fù)葉形態(tài)多樣性形成中的作用機(jī)理是非常有趣的科學(xué)問題。

豆科植物的復(fù)葉具有許多特化結(jié)構(gòu)，如位于葉柄基部包裹著葉柄的托葉、在葉或小葉最基部的葉枕以及豌豆復(fù)葉中的葉卷須。這些特化結(jié)構(gòu)都具有十分重要的生物學(xué)功能，為植物的生存提供了一些特殊的途徑，如托葉起到保護(hù)葉芽的作用，葉枕是豆科植物重要的運(yùn)動器官，而葉卷須適應(yīng)了攀援運(yùn)動的需要。對于這些特化結(jié)構(gòu)的發(fā)育控制，植物往往進(jìn)化出特有的調(diào)控途徑，目前已取得部分研究進(jìn)展[22-25]。未來對這些特化結(jié)構(gòu)的發(fā)生與其生物學(xué)功能的分子機(jī)制的解析及其進(jìn)化研究將是豆科生物學(xué)研究的熱點(diǎn)。

4 蒺藜苜蓿的復(fù)葉模式建成研究

紫花苜蓿(Medicago sativa)是世界上最著名的優(yōu)質(zhì)牧草，也一直是奶業(yè)和畜牧業(yè)的核心原料，素有“牧草之王”的美稱。四倍體紫花苜蓿的基礎(chǔ)研究受到其本身遺傳特性的限制，一直進(jìn)展緩慢。最近，中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園陳江華團(tuán)隊(duì)聯(lián)合西北工業(yè)大學(xué)王文團(tuán)隊(duì)和邱強(qiáng)團(tuán)隊(duì)完成的新疆大葉紫花苜蓿的全基因組測序和基因編輯，為未來紫花苜蓿的分子定向育種打開了一個(gè)新的窗口[26]。作為其近緣種的二倍體蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)是豆科生物學(xué)研究的主要模式植物，它原產(chǎn)于地中海地區(qū)，為豆科苜蓿屬一年生植物。野生型蒺藜苜蓿產(chǎn)生的第一片真葉是單葉，稱為非成熟態(tài)葉；從第二片真葉開始均為成熟態(tài)葉，呈現(xiàn)三出復(fù)葉結(jié)構(gòu)，其遠(yuǎn)軸端由一對側(cè)小葉和一個(gè)頂小葉構(gòu)成，近軸端為一對托葉包裹葉柄，側(cè)小葉與頂小葉的基部均有感應(yīng)晝夜節(jié)律變化的運(yùn)動器官，即葉枕。自21世紀(jì)初，由于蒺藜苜蓿遺傳轉(zhuǎn)化效率高、基因組小并完成了全基因組的精確測序、自花授粉、生長周期短、結(jié)實(shí)率高并具有豐富的突變體資源等優(yōu)勢，其成為豆科生物學(xué)及葉發(fā)育生物學(xué)研究的模式材料[27]。

蒺藜苜蓿復(fù)葉發(fā)育的詳細(xì)過程已被解析[19]。根據(jù)葉原基所處的葉間期(plastochron)可以定義葉的發(fā)育時(shí)期：最晚出現(xiàn)的葉原基為P1，次晚為P2……以此類推，將要出現(xiàn)的下一個(gè)葉原基為P0。不同時(shí)期葉原基具有特定的形態(tài)特征。在P1期，葉奠基細(xì)胞在SAM上的周邊分生區(qū)凸起形成復(fù)葉共同原基，隨后發(fā)育出托葉原基；在P2期，一對側(cè)小葉原基和頂小葉原基分化出來，小葉原基之間形成邊界，彼此分離；在P3和P4期，表皮毛陸續(xù)從小葉原基遠(yuǎn)軸面發(fā)生，而小葉原基遠(yuǎn)軸面生長發(fā)育速度快過近軸面，使小葉原基在近軸面形成凹陷，并進(jìn)一步發(fā)育成折疊狀；在P5期和隨后的時(shí)期，托葉和側(cè)小葉原基之間形成葉柄原基，側(cè)小葉和頂小葉之間接著形成葉軸原基，至此建成三出復(fù)葉的基本結(jié)構(gòu)。在此發(fā)育過程中，復(fù)葉的形態(tài)發(fā)生活性是如何維持和調(diào)控的，一直是人們關(guān)注的核心問題。

研究發(fā)現(xiàn)：蒺藜苜蓿LFY同源基因SGL1被定義為葉形態(tài)建成的無限生長決定因子(indeterminancy factor)，其維持早期復(fù)葉原基的形態(tài)發(fā)生活性，同時(shí)也決定一對側(cè)小葉的起始和發(fā)育；sgl1突變體側(cè)小葉不能形成，突變體表現(xiàn)為單葉結(jié)構(gòu)[19]。C2H2鋅指蛋白PALMATE-LIKE PENTAFOLIATA1(PALM1)是葉形態(tài)建成的有限生長決定因子(determinancy factor)，它特異地在側(cè)小葉區(qū)域發(fā)揮作用，通過負(fù)調(diào)控SGL1的時(shí)空表達(dá)來抑制原基的形態(tài)發(fā)生活性；palm1突變體的5個(gè)小葉聚集在葉柄頂部，形成類掌狀復(fù)葉模式[28]。最近發(fā)現(xiàn)的一個(gè)BEL1-like(BELL)亞家族同源異型結(jié)構(gòu)域(homeodomain)蛋白PINNATELIKE PENTAFOLIATA1(PINNAI)也是葉形態(tài)建成的有限生長決定因子，它也是通過直接抑制SGL1的轉(zhuǎn)錄活性來調(diào)控葉形態(tài)發(fā)生活性。pinna1突變體的5個(gè)小葉以羽狀方式排列，額外增生的兩片小葉位于頂端小葉的基部，形成類羽狀復(fù)葉模式；pinna1 palm1雙突變體產(chǎn)生二級復(fù)葉，最多可形成13片小葉(圖2)。PINNA1和PALM1通過協(xié)同作用(synergy)來調(diào)節(jié)SGL1基因在復(fù)葉發(fā)育過程中的時(shí)序表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)對復(fù)葉形態(tài)發(fā)生活性的精細(xì)控制，最終決定蒺藜苜蓿的三出復(fù)葉模式[18](圖3)。

圖2 蒺藜苜蓿不同突變體背景下的復(fù)葉模式。從左至右的突變體株系分別為elp1 sgl1雙突變體、elp1單突變體、palm1 elp1雙突變體、pinna1 elp1雙突變體、pinna1 palm1 elp1三突變體

圖3 蒺藜苜蓿復(fù)葉模式建立模型[18]

此外，蒺藜苜蓿的復(fù)葉模式建成過程中也涉及一些保守的信號途徑和關(guān)鍵因子的調(diào)控，包括葉背腹極性控制基因和生長素等。最近研究人員發(fā)現(xiàn)控制葉片背腹極性的HD-zip III家族的REVOLUTA轉(zhuǎn)錄因子和控制生長素合成的YUCCA酶，也同時(shí)參與蒺藜苜蓿的復(fù)葉發(fā)育[29-30]。這些研究預(yù)示著復(fù)葉形態(tài)發(fā)生活性的維持和葉原基背腹極性的維持及激素信號途徑之間有著千絲萬縷的聯(lián)系。

5 小葉邊界劃分的分子機(jī)制

復(fù)葉以共同原基的形式從SAM周緣區(qū)起始，而KNOXI或LFY是維持早期復(fù)葉原基分生能力的關(guān)鍵因子，決定小葉原基的起始能力。從小葉原基的起始到形成最終的完整復(fù)葉形態(tài)，還涉及一個(gè)關(guān)鍵的生物學(xué)過程——小葉原基與共同原基間、小葉原基與小葉原基間邊界的劃分。其中，NAM/CUC轉(zhuǎn)錄因子保守地調(diào)控不同植物復(fù)葉發(fā)生過程中的小葉原基間邊界區(qū)的形成，相關(guān)基因的沉默或突變都能導(dǎo)致小葉不同程度的融合以及小葉數(shù)目的減少[31]。NAM/CUC基因在轉(zhuǎn)錄水平上受到miRNA164A的調(diào)控，碎米薺par突變體的miRNA164A功能缺陷，NAM/CUC基因的過量表達(dá)使小葉數(shù)目增多[32]。蒺藜苜蓿和番茄中都發(fā)現(xiàn)M類KNOX蛋白參與調(diào)控小葉邊界的劃分和小葉數(shù)目的維持[33-34]。由此可以理解：在復(fù)葉的形態(tài)建成過程中，小葉數(shù)目的維持和小葉邊界劃分之間存在著千絲萬縷的聯(lián)系；單葉和復(fù)葉的差異，不僅僅在葉原基分生組織活性的控制上，也在葉原基側(cè)緣不同區(qū)域邊界發(fā)育的控制上，植物有著精細(xì)而復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制來控制復(fù)葉的不同形態(tài)。如果能進(jìn)一步理解并闡明小葉數(shù)目的維持和小葉邊界劃分間的關(guān)系，將幫助我們更好地理解復(fù)葉形態(tài)建成的內(nèi)在過程。

6 不同物種復(fù)葉發(fā)育的比較

對不同植物復(fù)葉發(fā)育過程的研究，可以看出不同植物復(fù)葉形成既有相同之處，又各具特點(diǎn)。復(fù)葉發(fā)育的核心事件包括早期復(fù)葉原基的建立、復(fù)葉原基形態(tài)發(fā)生活性的維持、小葉原基的起始、葉片三維極性的建成等。小葉原基是按特定的方式沿著復(fù)葉基-頂軸向有序起始的。根據(jù)小葉起始方式不同，復(fù)葉發(fā)育可以分為向基式(basipetally)、向頂式(acropetally)和分支式(divergently)三種發(fā)育模式[35-36](圖4)。向基式發(fā)育是指復(fù)葉中靠近頂部的小葉原基最先起始，相鄰的小葉再起始，最后是基部的小葉起始。典型的有羽狀復(fù)葉的番茄復(fù)葉發(fā)育過程。向頂式發(fā)育是指復(fù)葉中靠近基部的小葉原基最先起始，最后是頂部的小葉起始。如：罌粟科花菱草，其基部側(cè)小葉原基先起始，沿著基-頂軸向逐漸起始頂部的側(cè)小葉原基；豌豆復(fù)葉的小葉形成也是向頂式發(fā)育，但是其頂端的卷須是向基式發(fā)育。分支式發(fā)育是向頂式發(fā)育和向基式發(fā)育的結(jié)合形式，如菊科蓍(shī)屬植物，其復(fù)葉初級側(cè)小葉為向基式發(fā)育，而二級側(cè)小葉為向頂式發(fā)育。目前對于這些不同的小葉發(fā)育模式研究只有一些形態(tài)學(xué)和組織學(xué)方面的工作，未來深入研究相關(guān)的分子調(diào)控路徑非常有意義，也能幫我們更好地理解復(fù)葉形態(tài)多樣性的形成機(jī)制。

圖4 復(fù)葉中小葉的發(fā)育方式，其中箭頭代表小葉起始的順序(修改自[36])

7 復(fù)葉的起源和演化

陸生維管植物葉的出現(xiàn)和早期演化是影響到整個(gè)地球生命的重要事件[37]。所有葉器官無一例外從莖頂端分生組織周緣區(qū)隆起發(fā)生，成熟后成為莖軸上特定形態(tài)的側(cè)生器官。它是一種有限的器官，與理論上無限生長的莖頂端不同。葉原基的頂端生長在個(gè)體發(fā)育的早期就停止了，接著是組織的特化、增大并成熟。因此，人們要問：在植物演化的歷史上，無限生長的莖頂端與有限生長的葉側(cè)生器官之間的不同是如何產(chǎn)生的？換句話說，有限生長的葉器官是如何從無限生長的莖頂端起源的？

齊默爾曼(Walter Zimmermann)1930年提出的頂枝學(xué)說(telome theory)是迄今為止解釋現(xiàn)代陸生維管植物葉(大型葉，megaphyll)起源的一個(gè)較好的學(xué)說，該學(xué)說認(rèn)為大型葉起源于三維的分枝系統(tǒng)。原始的陸生植物為二叉分枝，兩個(gè)分叉出的頂枝束是大小、形態(tài)相似的，其中一個(gè)頂枝束經(jīng)歷漫長的演化歷程發(fā)展成片化的葉器官(圖5)。一方面，KNOXI對維持頂枝束的無限生長能力是必需的，有限生長的葉器官的發(fā)生則必須抑制KNOXI基因的活性。有研究認(rèn)為，ARP基因拮抗KNOXI基因的活性在葉的起源和演化過程中發(fā)揮著保守而關(guān)鍵的作用[38]。另一方面，BELL、KNOXII與KNOXI蛋白來自于共同的祖先，KNOXII與BELL互作拮抗KNOXI的功能對有限生長器官的屬性維持很重要，這一機(jī)制可能對頂枝向葉器官的演化有著重要意義[39]。

圖5 原始的陸生植物都是二叉分枝的，兩個(gè)分叉出的頂枝束是大小、形態(tài)相似的；在聳出的過程中，其中一束變長變粗而演化成主軸，相應(yīng)地另外一束縮短成為側(cè)枝；原本朝向空間不同方向的頂枝在演化的過程中逐漸生長到同一個(gè)平面上(扁化)；位于同一平面內(nèi)的各個(gè)頂枝以及中干被由薄壁細(xì)胞組成的一層組織連接到一起，形成一個(gè)獨(dú)立的器官(蹼化)(圖片修改自[37])

對于復(fù)葉的起源，化石證據(jù)表明被子植物的祖先的葉形態(tài)是單葉結(jié)構(gòu)，復(fù)葉是在單葉的基礎(chǔ)上多次演化的結(jié)果，并且一些復(fù)葉還會返回祖先的單葉形態(tài)。目前有兩種假說來解釋復(fù)葉和單葉的演化關(guān)系[40]：第一種假說認(rèn)為復(fù)葉中的每一片小葉都等同于一片完整的單葉，復(fù)葉被認(rèn)為是一個(gè)同時(shí)具有莖和葉特性的部分未決定的結(jié)構(gòu)，因此，復(fù)葉可看作是一個(gè)退化的莖分枝；第二種假說認(rèn)為整個(gè)復(fù)葉等同于一片完整的單葉，每片小葉被看作是單葉上的突起，因此復(fù)葉被認(rèn)為是單葉的一種修飾(圖6)?；凇绊斨W(xué)說”，Bharathan和Sinha等提出在被子植物進(jìn)化過程中，其祖先的單葉原基由于建立了KNOXI或LFY基因的表達(dá)，使其屬性由有限生長態(tài)(determinacy)轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠譄o限生長態(tài)，導(dǎo)致葉原基某些區(qū)域具有部分分生組織活性，這是復(fù)葉中小葉發(fā)生的基礎(chǔ)[41]。然而，對自然界中豐富多樣的復(fù)葉形態(tài)而言，僅僅依靠KNOXI或LFY基因的功能可能是難以完全實(shí)現(xiàn)的。如上所述，物種保守因子工作機(jī)制的多樣性和物種特異因子的多樣性都可能是復(fù)葉形態(tài)多樣性形成的原因。

圖6 復(fù)葉和單葉的進(jìn)化關(guān)系假說，其中葉基部的綠色圓點(diǎn)代表腋芽分生組織(修改自[40])

在許多復(fù)葉植物中發(fā)現(xiàn)，一些基因的突變同時(shí)會影響到復(fù)葉和花的形態(tài)。LFY是花分生組織的特征基因，其在豆科植物復(fù)葉發(fā)育中的作用不言而喻，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)LFY對碎米薺和番茄的復(fù)葉形態(tài)有重要作用[42-43]。UFO基因編碼的F-box蛋白可以結(jié)合LFY蛋白，并導(dǎo)致LFY泛素化降解，因而對花的發(fā)育十分關(guān)鍵。無論碎米薺、豌豆、百脈根(Lotus japonicus)還是苜蓿，UFO都可能參與到復(fù)葉發(fā)育的調(diào)控中[17,43-44]。最近在蒺藜苜蓿中報(bào)道的一個(gè)AGFL基因也是同時(shí)控制了花和葉的發(fā)育[45-46]。從進(jìn)化的觀點(diǎn)來看，花被認(rèn)為是變態(tài)的葉，這給我們一個(gè)啟示，葉和花器官可能具有很多共同的機(jī)制來控制其復(fù)雜的形態(tài)建成。

8 展望

植物復(fù)葉的模式建成是一個(gè)極其復(fù)雜的過程，受內(nèi)外環(huán)境因素、植物激素信號和植物發(fā)育過程中關(guān)鍵基因共同調(diào)控?；谝阎膯稳~發(fā)育和復(fù)葉發(fā)育中的分子機(jī)制的保守性和多樣性認(rèn)識，目前對于茄科植物番茄、十字花科植物碎米薺和豆科植物的復(fù)葉發(fā)育的研究取得較大的進(jìn)展，但是與單葉發(fā)育研究相比較，復(fù)葉發(fā)育的研究仍處于初級探索階段，其深入的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)仍然很不清楚。特別是豆科植物，不同物種間其葉形態(tài)相差甚遠(yuǎn)，呈現(xiàn)出豐富的葉模式。如在豆科植物中既有完全單葉結(jié)構(gòu)(如腎葉山螞蝗Desmodium renifolium)、類單葉結(jié)構(gòu)(如羊蹄甲等)，又有羽狀和掌狀復(fù)葉，同時(shí)還有眾多的多級復(fù)葉模式等，這給復(fù)葉發(fā)育的研究既帶來挑戰(zhàn)又帶來眾多有趣的科學(xué)問題。隨著眾多的植物基因組測序的完成以及新一代基因組編輯技術(shù)的不斷成熟，相信葉片復(fù)雜形態(tài)建成的分子機(jī)制研究將得到極大發(fā)展。