落叶松异常球果揭示裸子植物生长停滞的可塑性

文章导读

你以为针叶树球果成熟后就是不可逆的终点？错了！日本落叶松的异常球果竟能重新长出营养枝，彻底颠覆终端分化认知。研究发现，在900多棵母树中，2.1%存在这类特殊球果：长度增加52%，种子产量提升25粒以上，种鳞排列更紧密。这不仅揭示了裸子植物生长停滞的可塑性——一个进化发育生物学的关键未知问题，还提出“生殖短枝”发育单元概念，经历“营养→生殖→营养”循环模式。该成果填补了裸子植物发育空白，确立落叶松为研究植物阶段转变的理想天然模型。想一探这一自然奇迹的奥秘？立即深入探索！

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图1：异常球果的形态特征

落叶松异常球果揭示裸子植物生长停滞的可塑性

图2：拟南芥和落叶松的发育循环

落叶松异常球果揭示裸子植物生长停滞的可塑性

图3：植物生命周期运转模式

已有研究表明，移除被子植物拟南芥的果实可以解除花序分生组织的生长停滞状态，使其恢复活动，继续营养生长。“去果复生”这种现象说明拟南芥生长停滞具有可塑性。针叶树的球果成熟后通常形成终端分化结构，被视为处于不可逆的生长停滞状态。然而，被子植物拟南芥的生长停滞可塑性是否存在于裸子植物中，至今仍是进化发育生物学领域的一个关键未知问题。

近日，林业所林木细胞遗传研究组报道了日本落叶松恢复营养生长的球果特征，提出了研究裸子植物生长停滞可塑性的独特模型。该成果不仅填补了人们对裸子植物发育可塑性认识的空白，同时确立了落叶松生殖短枝作为研究植物“营养→生殖→营养”阶段转变的理想天然模型。

该研究首先揭示异常球果的关键特征。在日本落叶松第二代种子园900多棵母树上发现了19棵树上存在特殊球果（2.1%），该类球果成熟后中轴上可重新长出营养枝，完全颠覆了正常球果的终端分化特性。这类球果不仅长度比常规球果增加了52%，种子产量也提升了25粒以上；同时，其种鳞排列更紧密，次生生长也更为旺盛。

随后，该研究提出“生殖短枝”发育单元概念及循环模式。基于异常球果的表型特征、内部生理机制，以及拟南芥“去果复生”的机制，该研究提出并论证落叶松的生殖短枝是一个基本的发育单元，可以经历“营养→生殖→营养”的循环发育模式。这一模式在功能层面上与拟南芥的花序具有进化上的同源性。这一发育单元也是该团队之前提出的多年生植物生命周期运转模式的重要组成部分。

此项工作表明，针叶树球果成熟中的生长停滞并非是不可逆的终点，而是一个能够自然解除的、受精密调控的可塑性过程。相关成果以“Revisiting the proliferated seed cones inLarix kaempferireveals a growth arrest plasticity”为题，于7月21日在线发表于Plant Direct。林业所博士研究生叶查龙为论文第一作者，孙晓梅研究员和李万峰研究员为通讯作者。本研究得到国家自然科学基金（32271904）的资助。