植物的侧生器官，如叶片、萼片和花瓣等，按其基本结构可以分为双面、单面和盾状三种类型。盾状器官，如食虫植物的捕虫叶和毛茛科植物具蜜腺的花瓣，在自然界普遍存在，吸引了达尔文在内的很多科学家的关注。已有的研究结果表明，背腹极性基因的表达重排是一些食虫植物中盾状叶或小叶形成的关键。但是，其他盾状器官形成、起源和多样化的机制，目前仍不清楚。毛茛科（Ranunculaceae）植物花瓣的多样性极为丰富，是研究植物侧生器官发育和进化的理想体系。 

　　中科院植物所孔宏智研究组以毛茛科植物的花瓣为研究材料，综合利用三维成像、基因表达、功能验证以及计算机模拟技术，系统研究了盾状结构形成和多样化的机制。研究发现，与盾状叶相似，盾状花瓣的形成也是由背腹性基因表达范围的转变引起的，不同类型盾状结构的形成则是由背腹性程序表达转变的程度和器官不同区域生长速率的差异造成的。该研究通过引入描述器官原基上背腹性程序作用范围的3个参数和器官不同部位生长速率的6个参数，提出了一个简单且具有普适性的计算机模拟系统。基于该系统，自然界中发现的绝大多数植物侧生器官都能被模拟出来。研究不仅揭示了盾状结构形成和多样化的机制，而且进一步强调了计算机模拟在生物学研究中的重要性。 

　　该研究于4月21日在线发表于国际学术期刊Science Advances上。植物所特别研究助理程劼、助理研究员姚序和博士研究生李旭坤为共同第一作者，孔宏智研究员为通讯作者。英国约翰英纳斯中心的Enrico Coen教授和剑桥大学的Christopher Whitewoods博士也参与了部分工作。该研究得到了国家自然科学基金项目、中国科学院项目和博士后创新人才支持计划的资助。 

　　文章链接： 

　　http://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf8049 

　　（进化实验室供稿） 

毛茛科植物花瓣的形态和结构及其多样化

一个简单且普适的植物侧生器官模拟系统