Plant leaves come in many different shapes, sizes and complexities. Some leaves are large and smooth, while others are smaller and serrated. Some leaves grow in single pieces while others form multiple leaflets. These variations in leaf structure play a c
植物的叶子有许多不同的形状、大小和复杂性。有些叶子大而光滑，而另一些叶子小而有锯齿。一些叶子生长成单片，而另一些则形成多个小叶。这些叶片结构的变化对植物在不同环境中的适应和生存起着至关重要的作用
马里兰大学细胞生物学和分子遗传学系名誉教授刘忠池说：“植物形态在自然界中是多样的。”。“形态差异有助于植物的生存，包括植物如何很好地调节温度，以及如何有效地将水从根部输送到身体其他部位。”了解不同叶型的机制将有助于更好地了解植物如何在具有挑战性的条件下生存。“
在2024年1月发表在《当代生物学》杂志上的一篇论文中，刘的实验室确定了三种不同叶片结构的草莓植物叶片发育的两个关键调控途径。由表达每种植物不同叶片复杂性（单片与多片小叶）或边缘特征（光滑与锯齿边缘）的基因牵头随着时间的推移，这两条路径轮流塑造树叶
研究人员表示，这些途径对植物发育影响的时间与由此产生的不同叶片结构之间的这种联系可以用来帮助植物适应或耐受更大范围的条件和环境
“如果我们能调整这种关系，我们可以做一些事情，比如让草莓产生更大的生物量，有可能支持更多的水果生产，”该论文的主要作者、麻省理工学院细胞生物学和分子遗传学系博士后Xi·罗解释道
“我们也可以把这些草莓带到它们原生栖息地以外的地方，通过改变它们的叶片形态来扩大它们的适应能力。例如，锯齿越多，它们对寒冷的抵抗力就越强。更宽、更光滑的叶片意味着它们更能在温暖的地方生存。”
刘的团队发现，这两种途径在草莓的不同发育阶段对其产生了影响。例如，由表达叶片复杂性的基因所支配的途径可以决定草莓植物形成单叶，而不是通常的三叶（三片）生长模式
随着植物的成熟，表达边缘特征的基因所支配的途径可以抑制CUC2基因（负责植物细胞的生长和分裂），并限制叶锯齿的深度。随着草莓植物的生长，这些途径共同激活或抑制CUC2基因，从而产生形状各异的植物——这可以增加草莓植物的生存机会
不过，研究人员的发现并不局限于草莓。用拟南芥（一种与卷心菜和芥菜有关的小型开花植物）进行的实验显示，叶缘特征也受到类似的调节，这表明这些形成机制也适用于许多其他植物
弄清楚植物如何控制叶片形状，为科学家和农学家提供了新的工具，帮助植物抵御高温和其他气候条件，更有效地节水。这使科学家们离为世界应对气候变化带来的挑战做准备又近了一步
“像这样的研究对我们在保护和农业方面的努力有很多意义，”罗说。“我们现在更有能力保护我们的自然资源和粮食供应免受极端条件的影响。”