空心莖是植物典型的趨同演化性狀，多類群獨(dú)立起源、分布廣泛，演化歷史至少可追溯至3.3億年前。近日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心對空心莖形成機(jī)制開展研究。

　　科研團(tuán)隊(duì)以空心菜為研究對象，探討植物空心莖的形成機(jī)制。形態(tài)解剖發(fā)現(xiàn)，空心菜的節(jié)間是中空的，節(jié)部是實(shí)心的。莖尖頂部組織是實(shí)心的，由分生組織和中央的髓部組成，空腔在分生組織下方的髓部逐漸形成。連續(xù)X射線掃描顯示，莖尖的第一個節(jié)間是實(shí)心的，但隨著生長發(fā)育，其基部逐漸形成一個空腔，并不斷擴(kuò)大，最終發(fā)育成完整的節(jié)和中空的節(jié)間結(jié)構(gòu)。經(jīng)精細(xì)解剖、組織化學(xué)染色和轉(zhuǎn)錄組分析證實(shí)，細(xì)胞程序性死亡參與空心菜莖尖空腔形成。

　　研究進(jìn)一步對空心菜莖尖的空腔形成過程開展分析。結(jié)果表明，乙烯和活性氧可能通過激活轉(zhuǎn)錄因子驅(qū)動并調(diào)控該過程，這些轉(zhuǎn)錄因子啟動細(xì)胞程序性死亡、衰老和自噬過程，導(dǎo)致髓細(xì)胞死亡。該發(fā)現(xiàn)通過空心菜乙烯和活性氧試劑處理及煙草瞬時表達(dá)實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證。

　　研究還發(fā)現(xiàn)空心菜的莖空心機(jī)制可能具有一定保守性。乙烯信號激活下游轉(zhuǎn)錄因子，進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞程序性死亡、衰老及自噬等生物學(xué)過程，可能同樣存在于木賊、毛竹、蠶豆中，印證了這一調(diào)控網(wǎng)絡(luò)在不同植物中的保守性。

　　這項(xiàng)研究幫助我們理解植物如何適應(yīng)環(huán)境并形成特殊結(jié)構(gòu)，還為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了新思路。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金等的支持。

空心菜莖空心形成模式圖