解密“花花”世界

 
 
解密“花花”世界  
 

花器官数目不固定的黑种草 孔宏智团队制图

孔宏智与黑种草 植物所供图

花瓣呈长条形的准噶尔金莲花 孔宏智摄

花冠裂片呈流苏状的栝楼 孔宏智摄

刚刚落幕的2019中国北京世界园艺博览会，汇集了全世界的奇珍异花，它们千娇百媚、多姿多彩，令人目不暇接。那么，花为什么会有如此多的种类？不同类型的花之间有何关系？哪些花是最原始的？中国科学院植物研究所（以下简称植物所）研究员孔宏智研究组为了解密植物的“花花”世界，长期从事着与花和花器官起源与多样化有关的研究。

花的多样性为大众所熟知。然而，花的多样性是如何进化而来的，目前尚不清楚，这方面的研究也因此成为植物学和进化生物学中的热点。“由于决定花表型多样性的因素有很多，如花托的形状、大小以及花器官的排列方式、数量、类型、形状和颜色等，因此花多样化背后潜在的机制十分复杂。”孔宏智告诉《中国科学报》。

日前，该团队在花多样化发育机制的研究方面取得新进展。通过对花发育所需经历的主要过程及其分子机制进行总结，研究人员首次从发育程序改变的角度探讨了花多样化的原因和机制，认为四个主要发育程序的改变导致了花的多样化。近日，相关成果发表于《自然—植物学》。

锁定花关键发育环节

花是被子植物（也称有花植物）特有的繁殖结构，对于果实和种子的形成至关重要。科学界普遍认为，花的起源和多样化导致了被子植物的起源和繁盛，从而深刻地改变了陆地生态系统的格局。作为被子植物关键创新性状的花，也逐渐成为被子植物分类、系统和演化研究的焦点。

世界上约有30万种被子植物，每种植物的花都不大相同。建立植物的“生命之树”、揭示不同类型花之间的进化关系是一项“超级工程”。

论文通讯作者孔宏智表示，解决这个问题，需要两方面的知识积累：一是进化，二是发育。“目前，研究人员已经不再满足于发现一个或几个决定某个花部性状的基因了，他们更希望以宏观的视野来解释花起源和多样化的原因和机制问题。”

事实证明，收集和甄选文献资料的过程本身就十分复杂且工作量巨大。论文第一作者、植物所副研究员山红艳介绍，该研究不仅涵盖近期有关花器官发生、身份决定、形态发生和成熟相关的研究进展，还要找到百年以前的观点，并佐以新的科学数据。

那么，这些文献资料能回答什么问题呢？孔宏智认为，植物和其他多细胞生物多样化的本质是相关发育程序的多样化。在发育的早期阶段，不同物种的花其实并无明显差异。但是，在发育过程中，这种差异逐渐显现。因此，研究团队大胆假设，一些突变的发生改变了花的发育程序，从而产生了与原始类型不同的花。

一般来说，花的发育有两大关键环节，一是花托的发育，二是花器官的发育。在文献梳理过程中，研究人员发现对花托的研究存在大量空白，但对花器官的研究相对完善。

四大程序破解谜题