錐形細胞和表皮毛是植物體（特別是花瓣）表面常見的凸起細胞，在形態、大小和分布式樣等方面呈現出豐富的多樣性。這些凸起細胞的存在不僅增強了相應器官的復雜性，而且賦予了器官特定的生態學功能。前人在擬南芥、番茄、黃瓜、棉花和金魚草等物種中已經鑒定出多個調控錐形細胞和表皮毛分化的關鍵基因，但由于缺乏在同一器官上的比較研究，關于不同類型凸起細胞的發育和進化機制以及它們之間的區別與聯系仍不清楚。

黑種草屬植物花瓣表皮毛發育和進化的分子機制

國家植物園（南園）孔宏智研究團隊以毛茛科（Ranunculaceae）黑種草屬（Nigella）植物為研究體系，綜合運用多種技術方法，系統研究了錐形細胞、短表皮毛和長表皮毛這三種凸起細胞的細胞學特征及其發育和進化機制。

研究發現，盡管錐形細胞、短表皮毛和長表皮毛均為單細胞結構，但它們在形狀、長度、數量、分布模式、表面紋飾、細胞倍性、發育過程和形成機制等方面均存在明顯差異。MIXTA（其同源基因在多個物種中決定錐形細胞或表皮毛的身份）僅參與錐形細胞的發育，但并不調控長、短表皮毛的形成。兩類表皮毛的命運均由MYB-bHLH-WDR復合體-GL2通路成員決定，但關鍵調控因子的組合并不完全相同。其中，短表皮毛的命運由MYB5-1、GL3、TT8和GL2決定，而長表皮毛的命運則由MYB5-1、MYB5-2、GL3和GL2決定。在生態學功能上，短表皮毛作為微型支柱，使花瓣上、下唇之間保留微小縫隙，以便傳粉者吸食花蜜。

進一步研究發現，黑種草屬植物花瓣上的長、短表皮毛均起源于類似長毛的祖先細胞；二者的進化分別涉及對MYB5-2和TT8的獨立招募。該研究不僅首次全面探討了同一器官上不同類型凸起細胞之間的區別與聯系，而且為深入理解花瓣復雜化（特別是表面復雜化）和新性狀起源的機制提供了新見解。

該研究成果于近日在線發表于國際學術期刊Nature Communications上。國家植物園（南園）已畢業博士研究生彭春喜、助理研究員姚序、已出站博士后傅學浩和在讀博士研究生呂森濤為本文共同第一作者，孔宏智研究員和山紅艷研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金委和中國科學院項目的資助。

進化發育與調控基因組學研究組

組長：孔宏智研究員

郵箱：hzkong@ibcas.ac.cn

主要研究方向：

1. 植物進化發育生物學；

2. 基因、基因家族和調控網絡的進化；

3. 植物系統學和分子生物地理學。

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻