中国科学院植物研究所研究员孔宏智团队与合作者的研究成果在国际知名期刊《自然 - 通讯》（Nature Communications）发表，该研究以毛茛科黑种草属植物为研究体系，首次全面解析了同一花瓣上三种凸起细胞的发育和进化机制，为理解植物新性状起源提供了全新视角。
大马士革黑种草花朵（图片来源：图虫创意）
锥形细胞和表皮毛是植物体表常见的凸起细胞，它们形态多样、分布广泛，不仅让植物器官更复杂，还赋予了器官特殊的生态学功能 —— 比如帮助传粉、减少水分流失等。此前，科学家已经在拟南芥、番茄等物种中找到了调控这些细胞分化的关键基因，但一直缺少在同一器官上对不同类型凸起细胞的比较研究，它们的发育进化机制、相互之间的区别与联系始终是个未解之谜。
孔宏智团队综合运用了多种先进的科研仪器和技术方法：
1. 扫描电子显微镜（SEM）：用于观察黑种草花瓣上三种凸起细胞的形态、表面纹饰等微观特征，样品经过脱水、CO₂临界点干燥等处理后，能清晰呈现细胞的精细结构。
2. 流式细胞仪：用于分析三种细胞的细胞倍性，明确它们的细胞学特征差异。
3. Bruker SkyScan 1172 micro-CT 扫描仪：对花瓣样品进行三维成像，更全面地观察细胞的分布模式和发育过程。
4. Roche LightCycler 480 实时荧光定量 PCR 仪：用于验证基因表达结果，通过 qRT-PCR 技术分析关键基因在不同细胞中的表达水平，每个样品设置 3 个技术重复，确保数据的准确性。
此外，团队还运用了原位杂交、病毒诱导的基因沉默技术来验证基因的表达模式和功能，结合比较转录组分析，深入挖掘调控细胞发育的分子机制。
通过系统研究，团队发现，虽然锥形细胞、短表皮毛和长表皮毛都是单细胞结构，但它们在多个方面存在明显差异：
• 形态与分布：锥形细胞、短表皮毛、长表皮毛在形状、长度、数量和分布模式上各不相同；
• 细胞特征：三者的表面纹饰、细胞倍性存在差异，发育过程也不一样；
• 调控机制：MIXTA 基因仅参与锥形细胞的发育，而长、短表皮毛的命运由 MYB-bHLH-WDR 复合体 - GL2 通路调控，但关键调控因子的组合不同 —— 短表皮毛由 MYB5-1、GL3、TT8 和 GL2 决定，长表皮毛则由 MYB5-1、MYB5-2、GL3 和 GL2 决定。
在生态学功能上，短表皮毛还扮演着 “微型支柱” 的角色，能让花瓣的上下唇之间保留微小缝隙，方便传粉者吸食花蜜，这一发现也揭示了这些细胞对植物繁殖的重要意义。
科研人员进一步研究发现，黑种草属植物花瓣上的长、短表皮毛都起源于类似长毛的祖先细胞，二者的进化分别涉及对 MYB5-2 和 TT8 基因的独立招募，这为理解植物新性状的起源提供了新的分子证据。
这项研究不仅首次全面探讨了同一器官上不同类型凸起细胞之间的区别与联系，还为深入理解花瓣复杂化和新性状起源的机制提供了新见解，为后续植物进化发育生物学的研究奠定了重要基础。
