背景回顾：In heterophyllous plants, leaf shape shows remarkable plasticity in response to environmental conditions.  

提出问题：However, transgenic studies of heterophylly are lacking and the molecular mechanism remains unclear. 

主要研究：Here, we cloned the KNOTTED1-LIKE HOMEOBOX family gene SHOOT MERISTEMLESS(STM) from the heterophyllous plant Hygrophila difformis (Acanthaceae). We used molecular, morphogenetic, and biochemical tools to explore its functions in heterophylly. 

结果1-表达模式：HdSTM was detected in different organs of H. difformis, and its expression changed with environmental conditions. 

结果2-拟南芥异源表达HdSTM：Heterologous, ectopic expression of HdSTM in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) increased leaf complexity and CUP-SHAPED COTYLEDON (CUC) transcript levels. 

结果3-自身过表达和敲低HdSTM表型：However, overexpression of HdSTM in H. difformis did not induce the drastic leaf change in the terrestrial condition. Overexpression of HdSTM in H. difformis induced quick leaf variations in submergence, while knockdown of HdSTM led to disturbed leaf development and weakened heterophylly in H. difformis.

结果4-HdCUC3与HdSTM：HdCUC3 had the same spatiotemporal expression pattern as HdSTM. Biochemical analysis revealed a physical interaction between HdSTM and HdCUC3. 

结论：Our results provide genetic evidence that HdSTM is involved in regulating heterophylly in H. difformis.

 摘 要 

在异叶植物中，叶形响应于植物所处环境的变化会表现出极大的可塑性。但是，对于异叶植物的遗传转化研究以及潜在的分子调控机制研究仍然很缺乏。本文中，作者克隆到了异叶植物异叶水蓑衣（Hygrophila difformis）KNOX基因家族成员之一STM基因。作者通过分子、形态发生、生化实验等方法，探究了STM基因在异叶水蓑衣中的功能。HdSTM基因在异叶水蓑衣不同器官中均有表达，并且其表达水平随着周边环境的不同而发生改变。通过在拟南芥中异源、异位表达HdSTM基因，发现其会导致拟南芥叶片变得复杂，并且增强了CUC基因的转录水平。但是，在异叶水蓑衣中过表达HdSTM基因并不会在陆生条件下引起叶形片的剧烈改变。但是，过表达HdSTM基因的异叶水蓑衣在淹水状态下会发生快速的叶形变化，而HdSTM基因敲低则会导致叶片发育异常以及弱化的异叶表型。HdCUC3基因具有与HdSTM一致时空表达模式。生化分析显示HdSTM和HdCUC3存在物理互作。本文的研究结果表明HdSTM基因参与了异叶水蓑衣的异叶调控。

p.s. “异形叶”：指基因型相同的植物由于环境差异，叶形出现显著差异的现象。

 侯宏伟