植物叶子有许多不同的形状、大小和复杂性。有些叶子大而光滑，而另一些则较小且有锯齿。有些叶子以单片形式生长，而另一些则形成多张小叶。叶子结构的这些变化对于植物在不同环境中的适应和生存发挥着至关重要的作用。

“植物形态本质上是多种多样的，”马里兰大学细胞生物学和分子遗传学系名誉教授刘忠池说。“形态差异有助于植物的生存，包括植物调节温度的能力以及它们如何有效地将水从根部输送到身体的其他部位。

“了解造成不同叶子形态的机制将有助于更好地了解植物如何在充满挑战的条件下生存。”

在 2024 年 1 月发表在《当代生物学》杂志上的一篇论文中，刘的实验室确定了三种具有不同叶子结构的草莓植物涉及叶子发育的两个关键调控途径。在表达每种植物独特叶子复杂性(单片与多个小叶)或边缘特征(平滑与锯齿状边缘)的基因的引导下，这两条途径随着时间的推移轮流塑造叶子。

研究人员表示，这些途径对植物发育的影响时间与由此产生的多样化叶子结构之间的联系可用于帮助植物适应或耐受更广泛的条件和环境。

“如果我们能够调整这种关系，我们就可以做一些事情，比如让草莓产生更大的生物量，从而有可能支持更多的水果产量，”该论文的主要作者、UMD 细胞生物学和分子遗传学系博士后助理 Xi Luo 解释道。

“我们还可以将这些草莓带到其原生栖息地以外的地方，通过改变它们的叶子形态来扩大它们的适应性。例如，更多的锯齿意味着它们对寒冷的适应能力更强。更宽、更光滑的叶子意味着它们会更好在温暖的地方生存。”

刘的团队发现这两种途径影响不同发育阶段的草莓植株。例如，由表达叶子复杂性的基因控制的途径可以决定草莓植物形成单叶结构，而不是通常的三叶(三片)生长模式。