葉片具有3個生長軸，近—遠軸、中—邊軸和基—頂軸，葉片在這3個軸向上的生長分別決定了葉片的厚度、寬度和長度。其中，近—遠軸和中—邊軸發(fā)育的調(diào)控機制已了解得較為清楚，而基—頂軸方向的生長是如何被調(diào)控的卻知之甚少。

中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員焦雨鈴研究組長期致力于葉片形態(tài)建成的研究。前期綜合分子遺傳學(xué)、活體成像和數(shù)學(xué)建模等方法，著力研究了葉片三維塑形的機制。其中，植物激素生長素對葉片的扁平化生長至關(guān)重要。近—遠軸通過生長素及其下游信號分子在葉片中的差異分布，界定了中—邊軸極性的建立，促進了葉片扁平化生長。在此基礎(chǔ)上，課題組進一步研究了生長素對葉片基—頂軸生長的調(diào)控。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生長素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的2個重要的轉(zhuǎn)錄因子ARF6和ARF8促進莖生葉、萼片等葉性器官在基—頂軸方向的生長。分子生化試驗表明，ARF6和ARF8通過激活油菜素內(nèi)酯合成的關(guān)鍵酶基因DWF4的表達促進了油菜素內(nèi)酯的合成與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，實現(xiàn)了對葉性器官基—頂軸生長的調(diào)控。上述分子水平的調(diào)控影響細胞壁中果膠的修飾和力學(xué)屬性，降低了細胞壁的硬度。數(shù)學(xué)模擬表明，細胞壁中各向同性組分果膠的塑形增強能夠促進各向異性的細胞生長，促使細胞和器官沿基—頂軸方向進一步生長，增加了葉片長度。該研究揭示了生長素和油菜素內(nèi)脂的相互作用對葉片基頂軸生長的多水平的調(diào)控機制，也為自然界中葉片的多樣形態(tài)提供了可能的解釋。

相關(guān)研究成果于2021年3月在線發(fā)表在《Molecular Plant》上（DOI：10.1016/j.molp.2021.03.011）。