植物有时会通过形成拟态对传粉者进行具有欺骗性的吸引。假蜜腺（pseudonectaries或false nectaries）是一类外形上模拟蜜腺或蜜滴但不具备分泌功能的特殊结构，广泛分布于被子植物的多个支系中，并在大小、数目、位置、颜色和形状上展现出丰富的多样性。但目前为止，人们对其形态学本质、发育机制和生态功能知之甚少。
中科院植物所孔宏智研究组发现毛茛科黑种草属（Nigella）植物是研究假蜜腺形成和演化的理想体系。近期，该团队以大马士革黑种草（N. damascena）为研究材料，系统研究了花瓣上假蜜腺的形态学本质、光学属性、发育过程、分子机制和生态学功能。研究发现，假蜜腺是一类微小的半球形突起结构，表面覆盖有紧密排列的非分泌性表皮细胞，在紫外光和蜜蜂视觉下具有反光属性；假蜜腺突起结构的形成和光学属性的获得与细胞分裂、叶绿体发育及蜡质形成相关基因的特异表达密切相关；背性基因NidaYAB5的异位表达是假蜜腺形成的关键，其表达下调会导致假蜜腺完全消失。通过对照研究发现传粉者在缺少假蜜腺的花上的访问频率和访花间均显著降低，访花行为也发生了明显改变，这表明假蜜腺具有视觉吸引和蜜导的作用。该研究不仅首次对假蜜腺这一特殊结构进行了全面而深入的详细描述，并且澄清了蜜腺和假蜜腺在诸多方面的区别。
该研究成果于2020年4月14日发表在著名国际学术期刊Nature Communications上。孔宏智研究组博士后廖虹以及博士研究生傅学浩和赵慧琪为本文的共同第一作者，孔宏智研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委重大研究计划项目、万人计划项目和中国科学院项目的资助。
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Nigelladamascena（毛茛科）花瓣上假蜜的形态，分子发育和生态功能
摘要
假蜜腺，类似于蜜腺或蜜腺液滴但不分泌蜜腺的闪闪发光的结构，显示出相当大的多样性，并在植物-动物相互作用中起重要作用。然而，假性腺的形态学性质，光学特征，分子基础和生态功能仍不清楚。在这里，我们显示了Nigella damascena（毛茛科）的假性腺体很小，区域突起被紧密排列的，非分泌性的多边形表皮细胞覆盖，具有平坦，光滑和反射性的表面，即使在紫外线和蜜蜂的观察下也清晰可见。我们还表明，与细胞分裂，叶绿体发育和蜡形成相关的基因优选在假腺中表达。具体地说，NidaYABBY5是在假蜜中异位表达的背面基因，对于假蜜的发育是必不可少的：极低的他会导致假蜜的完全丧失。值得注意的是，当没有假蜜的花朵排列在有假蜜的花朵旁边时，观察到传粉者（即蜜蜂）的探访频率，探测时间和探访行为存在明显差异，这表明假蜜既是视觉吸引剂，又是花蜜引导剂。
值得注意的是，当没有假蜜的花朵排列在有假蜜的花朵旁边时，观察到传粉者（即蜜蜂）的探访频率，探测时间和探访行为存在明显差异，这表明假蜜既是视觉吸引剂，又是花蜜引导剂。
正文
蜜腺是分泌花蜜的高度专业化的腺体或组织，广泛存在于开花植物（即被子植物）中，并在植物与动物的相互作用中发挥重要作用。蜜腺可以是花的，也可以是花的，也可以是结构的或非结构的，这取决于它们的位置和复杂程度。植物分类学家和进化生物学家，对具有不同结构的花蜜很感兴趣。因为它们通常与授粉紧密相关，并且因为授粉始终是成功进行有性繁殖的前提。在被子植物中，花蜜在数量，位置（即在萼片，花瓣，雄蕊，茎，心皮或容器上）和形态（即凸形，凹形或盘形或杯形）上表现出相当大的多样性，并被认为是并行甚至收敛进化的结果。尽管存在多样性，但人们普遍认为蜜腺是促进许多植物谱系多样化的最具影响力的关键创新之一。同时，已经发现，要分泌花蜜，蜜细胞应能够合成和运输糖和其他必要成分。因此，调控诸如NABBY家族的CRABS CLAW（CRC），STY家族的STYLISH1（STY1），STY2和LATERAL ROOT PROMORDIUM（LRP）以及SWEET家族的SWEET9等蜜腺形成和正常运作的基因，是必不可少的（至少在双子叶植物中）。
除蜜腺外，许多植物还产生假蜜腺，它们模仿或模仿蜜腺或蜜腺液滴，但不分泌蜜腺。像蜜腺一样，假蜜腺在大小（从〜0.01到〜0.5 cm），数量（即一个，两个或多个），位置（在萼片，花瓣，雄蕊或退化雄蕊上），颜色（即，绿色，淡黄色，粉红色或什至黑色）和形态（例如，棒状，球状，半球形，凸形或斑块形或圆锥形）。然而，与蜜腺已经在许多方面进行了广泛的研究不同，假蜜腺直到最近才引起足够的关注。但已经表明，作为视觉吸引剂或花蜜引导剂，至少某些植物的假蜜腺在花-动物相互作用中起关键作用。例如，Lopezia（Onagraceae）和天竺葵（Geraniaceae）的假蜜腺可以吸引或引导其最喜欢的传粉者（分别为Syrphids和Megapalus capensis）到适当的位置，并帮助他们找到隐藏的蜜腺，提示其功能重要性。食肉植物的假蜜腺，(例如，Cephallotus follicularis）和具欺骗性花的假蜜腺(例如，Ophrys muscifera）也起到欺骗昆虫的作用。一些研究还试图了解假性腺的进化历史，但可用数据仍不足以概括。一些研究还试图了解假蜜腺的进化历史，但可用数据仍不足以概括。同时，由于缺乏合适的研究系统，对假蜜腺的形态性质，光学特征，发育过程，分子基础和生态功能了解甚少。
由于三个原因，毛茛科是研究假蜜腺发育和进化的优秀系统。首先，假蜜腺，尤其是花瓣上的假蜜腺，至少在四个属中有记载（即，黑种草，金莲花，菟葵和姜黄），并在数量，颜色，形态和功能上表现出相当大的多样性。(图1）这提供了一个很好的机会，可以全面了解假蜜腺的一般性和特殊性。其次，根据近代祖先状态重建的结果，这些类群的假蜜腺是融合进化的结果，在少数情况下是独立的缺失。这使得该家族成为研究假性进化的分子基础的优秀系统。第三，已经将一种Nigella N. damascena物种发展为模型物种，病毒引导的基因沉默（VIGS）和许多其他功能技术均适用。这表明与假蜜腺发育和进化有关的假设（如果有的话）可以得到检验。
在这里，通过使用N. damascena作为模型，我们研究假蜜的形态性质，光学特征，发育过程，分子基础和生态功能。我们发现假蜜腺在形态，解剖学，微形态和功能特性方面与蜜腺大不相同，并且与细胞分裂，绿藻发育和蜡形成相关的基因是假腺形成的关键。特别地，远轴基因的直系同源物NidaYABBY5（NidaYAB5）似乎对假蜜腺发育很重要：将其降低会导致假蜜腺的完全丧失，因此大大降低了花瓣的吸引力。我们的结果不仅提供了假蜜腺的全面描述，而且阐明了假蜜腺与蜜腺之间的区别。
结果
假蜜腺形态学、解剖和微观形态特征
为了了解假性腺的形态本质，我们首先进行了形态学，解剖学和微观形态学研究。在立体显微镜下，大马士革猪笼草的花瓣似乎是长柄的，有毛的，双生的和垂直的双唇状结构（图2a，b）假蜜腺位于下花瓣唇的膝状弯曲远端，呈半球形，祖母绿，闪耀和花蜜状液滴，直径约700μm，高度约500μm（图2a，b）。在X射线计算机断层扫描（micro-CT）下，假蜜腺明显比下花瓣唇的其他区域厚（图2c，d）。认为它们是由区域增厚而不是简单的表面弯曲引起的。在显微镜下，假蜜腺由8-12层不规则排列的薄壁细胞组成，被紧密排列的表皮细胞覆盖（图2e，f）。薄壁组织和表皮细胞均较大，染色较浅，液泡较大，细胞核较小（图2e，f）。实际上，这与我们在蜜腺细胞中看到的也有很大不同。在蜜腺组织中，细胞较小，染色较深，细胞核大，液泡很小或没有（图2g，h）。在扫描电子显微镜（SEM）下，在立体显微镜下可观察到的特征甚至更加明显，并且在假蜜和花瓣的所有其他部分之间可以看到明显的微观形态差异（图2i）。具体来说，除了长毛发外，还有两种类型的多边形细胞（分别具有光滑的表面和粒状的表面）仅存在于假蜜腺中。然而，值得注意的是，这些紧密排列的，非分泌性的多边形表皮细胞具有平坦而光滑的表面，可以反射光并使假腺发光并具有吸引力。综上所述，这些结果表明，假蜜腺与呈蜜滴状的非分泌性突起具有各种精妙的形态和光学修饰，在许多方面与蜜腺和花瓣的所有其他部分完全不同。
假蜜腺发育的细胞基础
为了了解假蜜腺是如何通过发育而产生的，我们进行了时间进程显微形态学和解剖学研究。我们发现假蜜腺以及它们上面的长发大约在花瓣发育的第六阶段（S6）开始出现，这可能是由于表皮下的活跃细胞分裂所致（图3a–p）。然后，在发育过程中，假蜜腺变得越来越突出和显眼，并最终在花瓣发育的第十二个阶段（S12）达到它们的最终大小（图3a-p）。值得注意的是，虽然细胞分裂和细胞膨胀在假蜜腺发育中起关键作用，它们的作用是不同的：在假蜜腺发育的早期（即从花瓣发育的S5到S8），细胞层的数量急剧增加（图3q）。建议更活跃的细胞分裂；在假蜜腺发育的后期（即从花瓣发育的S9到S12），细胞的大小增加得更快（图3r），这表明细胞活跃地扩张。显然，花瓣发育的第九阶段（S9）标志着假蜜腺形成过程中，更活跃的细胞分裂与更活跃的细胞扩张之间的过渡。然而，正是细胞分裂和细胞扩张的累加效应导致假蜜腺的区域增厚和快速形成（图3s）。
参与假性蜜腺形成的基因
为了进一步了解假腺的独特性，我们将S9花瓣分为四个部分（即第一，第二，第三和第四部分;图4a，b），并进行了RNA测序分析。在此阶段的花瓣中表达的21223个基因中，与其他三个部分相比，分别在172个和652个基因中最好且最好在包含假腺的第三部分中表达（图4c，d；补充数据1），暗示了这部分的独特性。有趣的是，在该部分中优先表达的基因中，有光合装置和细胞分裂的众所周知的调节子的同源物，例如GOLDEN2-LIKE1（GLK1）和细胞分裂素反应性GATA因子1（CGA1） ，丰富的基因本体（GO）类别包括“光合作用”，“叶绿素生物合成过程”和“对细胞分裂素的反应”（补充表1）。然而，参与蜜腺发育的基因，如STY1/2和LRP20的直系同源物最好在包含第二部分（补充数据集1）中表达，这表明伪表确实与蜜腺毫无关系。
为了识别参与假蜜腺形成的基因，我们还使用DESeq2将第III部分与其邻近区域（即第II和IV部分）进行了比较。我们发现，与第二部分相比，第三部分分别具有3075个（包括87个转录因子基因；以下称为TF）和2943个（169个TF）上调和下调的基因（图4e，g；补充数据集1）。 同样，与第四部分相比，第三部分分别具有1818个（61 TFs）和1239个（73 TFs）上调基因（图4f，g；补充数据集1），其中917个（27 TFs）和536个基因。两个比较共有25个TF（图4g；补充数据集1）。在两个比较中均被上调的基因中，存在与细胞分裂相关的基因的同源物（例如，CGA1和CYCLIN P2; 1，CYCY2; 1)，叶绿体发育（例如，GLK1），蜡形成（例如，SHINE1，SHN1）和叶片形态发生（例如，LATE MERISTEM IDENTITY1 ，LMI1）(图4h）。由于这些过程是假蜜腺形成的必需条件，因此很可能它们是假蜜腺发育的关键调控因子。
NidaYAB5在假性腺发育中的重要性
在第三部分中调节的基因中，有一个（即NidaYAB5;图4e，f，h）引起了我们的特别关注，因为它是已知远轴基因（即，YAB5)的直系同源物，并且因为远基因的异位表达已被证明在叶类的树种的形成中起到关键角色。为了深入了解其功能，我们首先进行了详细的mRNA位点杂交研究（图5a–c）。我们发现，正如预期的那样，NidaYAB5首先在花瓣的上唇的近侧和下唇的后侧表达。然后，在S6处，尽管表达水平相当低，但NidaYAB5的信号也扩展到了将启动假蜜腺的地方。此后，NidaYAB5在发育中的假蜜腺中的表达越来越强，并最终到达S9的顶峰（图4h）。显然NidaYAB5的异位表达与假蜜腺的形成非常吻合。
为了了解NidaYAB5的功能，我们尝试使用VIGS技术降低其表达。与经烟草摇铃病毒（TRV2）处理的花（即模拟物）和经TRV2-NidaYAB5处理的花具有弱的中等表型变化的花相比，经TRV2-NidaYAB5处理的花具有强表型变化的花不再产生假蜜腺，花瓣的所有其他部分基本上不受影响（图5d，e，h，i，n；补充图1)。此外，在假蜜腺应该位于的区域，具有光滑和颗粒状表面的多边形表皮细胞都转化为圆锥形细胞，这种高度特殊化的细胞类型广泛分布在花瓣叶的近轴面上。(图5.f，j)。切片后，假蜜腺区域中的细胞数量和大小显着减少，而叶区域中的细胞数量则基本不受影响（图5g，k–m）。这证实了NidaYAB5在假蜜腺发育中起关键作用。
假蜜腺对授粉成功的贡献
先前的研究提出假蜜腺可以充当花蜜引导或视觉引诱剂。为了检验该假设，我们首先检查了假蜜腺的光学性质（图6a–c)。我们发现，在紫外线（UV）下，假蜜腺有光泽和反射性，说明有紫外线反射，而花瓣和花朵的所有其他部分均为深黑色（图6b），说明有紫外线吸收。在蜜蜂的视野下，假蜜腺仍然发光且反光，而花瓣和花朵的所有其他部分变为深绿色（图6c），这表明蜜蜂可以看到假蜜腺。此外，由于在下花瓣唇上形成两个准垂直，膝状弯曲，假蜜比花的任何其他部分更显眼。当将一朵花的所有花瓣放在一起考虑时，假蜜腺会形成一个同心圆，其中每个花瓣中的两个都标志着蜜腺腔的入口（图6d–j）。
为了进一步了解假腺的功能，我们进行了授粉研究。我们发现，与以前的研究一致54，尽管大黄蜂（Bombus lucorum）和黄蜂（Polistes dominulus）的贡献也很大（记录的访问次数约10％），但达马斯猪笼草的访客和有效传粉者是蜜蜂（Apis mellifera）。当有假蜜腺和没有假蜜腺的花朵（即模拟花朵和表型变化强烈的经TRV2-NidaYAB5处理的花朵）并排排列时（图6k），两种类型均可吸引蜜蜂。然而，没有假性蜜的花朵中蜜蜂的探访频率和探测时间均显着降低比在那些有假蜜腺的（图6l，m），biaomingle吸引力的差异。更有趣的是，当传粉者降落在带有假蜜腺的花朵上时，它试图按顺时针方向或逆时针方向检查每个花瓣。但是，当它落在没有假腺的花上时，通常经过短暂的尝试便飞走了。综上所述，这些结果倾向于表明假蜜腺不仅可以吸引合适的授粉媒介，还可以标记花蜜室的入口，从而指导它们的访问。
讨论
在这项研究中，通过进行仔细的形态学，解剖学和微观形态学研究，我们发现了假蜜腺的形态特征。我们发现，N. damascena（和其他Nigella物种）的假蜜腺是突起的，碧绿的，闪闪发光的并且是非分泌性的结构，它们模仿花蜜滴但不产生和分泌花蜜。我们还发现，在紫外线和蜜蜂的观察下，假蜜腺呈光泽和反射性，而花瓣和花朵的所有其他部分均为黑色或深绿色。这与对其他许多植物的观察一起表明，突出，排列，反射率和非分泌性可能是假蜜腺的最重要特征。 具体来说，突出，颜色和反光使假蜜腺对特定的传粉媒介（通常是蜜蜂和苍蝇）可见并有吸引力，而由于不分泌，使假蜜腺在功能上不同于真实蜜腺。对于假蜜腺的生态功能，科学家已经提出了几种方案。许多主要基于形态学观察，认为通过形成凸出的，五颜六色的，闪闪发光的结构来模仿花蜜，花蜜滴甚至是授粉媒介，假蜜腺可以光学吸引授粉媒介。然而，另一些作者坚持认为，假蜜腺除了可以吸引光学外，还可以告诉传粉者隐性花蜜或花粉的位置，从而引导探访。虽然这两种情况不是互斥的，但存在第三种观点，即假性蜜腺的作用是使不良拜访者远离给授粉者的奖励。在这项研究中，我们不仅检查了假蜜腺的光学特征，还进行了受控实验。我们发现传粉者（即蜜蜂）确实可以看到假蜜腺，并且花朵的所有花瓣中的假蜜腺都形成一个同心圆，其中每个花瓣中的两个都标志着蜜腺的入口。当没有假蜜腺的花朵排列在有假蜜腺的花朵旁边时，观察到传粉者的探访频率，探查时间和探访行为明显不同。这表明假蜜腺不仅可以从视觉上吸引传粉媒介，而且可以帮助它们找到隐藏的花蜜，从而引导它们的探访。但是，本研究不能支持或否定假蜜腺的分布情况。
有趣的是，带有假蜜腺的植物通常也会产生真正的蜜腺。如果假性蜜腺的功能是吸引传粉媒介并帮助他们找到隐藏的花蜜，那么植物为什么要隐藏其花蜜呢？一种解释是优选的和不优选的访客都容易觅食裸露的花蜜和/或很快变干，从而造成能量浪费。因此，植物已经进化出各种策略来隐藏其花蜜。的确，在大多数带有假蜜腺的植物中，花蜜和真花蜜都被很好地隐藏起来，无论是在花刺或花瓣的口袋中还是在由花冠形成的管中。但是，在许多情况下，即使是首选的访客和真正的传粉者也很难找到并到达花蜜。因此，假蜜腺的形成将是吸引首选来访者而又不失去隐藏性蜜腺的最佳策略之一。
有趣的是，通过进行广泛的转录组和功能研究，我们确定了可能在假蜜腺各个方面的形成中发挥关键作用的基因和网络。例如，假蜜腺的生长似乎需要与细胞分裂和细胞扩增有关的基因（例如CGA1，CYCP2; 1和YUCCA10），而与叶绿体发育有关的基因（例如GLK1）和蜡的形成的基因 （例如，SHN1）对于形成光学特征是必不可少的。但是，并不需要涉及蜜腺发育的基因，例如STY1 / 2和LRP的直系同源物，这表明假蜜腺确实与蜜腺无关。此外，我们发现远轴基因NidaYAB5是假蜜腺形成的关键调控因子。减少它不仅导致假蜜腺完全丧失，而且消除了与假蜜腺相关的所有细胞类型。该基因可能最初在近轴表面异位表达以促进生长，然后通过调节其下游基因控制假蜜腺发育的所有方面。值得注意的是，与广泛接受的叶状结构形成理论一致，NidaYAB5的异位表达可以解释假蜜腺在花瓣下唇的正侧形成的原因。
值得一提的是，在Nigella中，假蜜腺实际上是一种在属进化过程中起源的新特征，不同物种的假蜜腺在形态，微形态和发育过程中几乎没有变化。因此，如果异位表达YAB5可以解释一个物种的假蜜腺形成的原因，那么它可以解释在其他Nigella物种中的假蜜腺形成。然而，实际上，仍然很难得出结论，NidaYAB5的异位表达是Nigella中假蜜腺形成和起源的唯一原因，因为基因表达模式的改变可能由许多因素引起，例如基因的顺式调控元件或其上游转录因子的突变。
此外，先前的研究表明，区域性细胞分裂和/或细胞扩张以及分生组织的再生也可能导致在外侧器官表面形成突起，表明了问题的复杂性。因此，需要进行更深入的研究，以揭示假蜜腺的形成，发育和起源的机制。
师姐要在明天组会讲这篇文献，我像前两周一样做了翻译。这篇文章我读的很顺畅，断断续续用了一天的碎片时间，整合起来大概5个小时左右吧，应该比前一周有所进步。当然，进步最大的应该是我真的读懂了这篇文献，虽然不知道组会上师姐会怎么讲，我还是挺有信心听得比较明白的。我也找到了读文献的秘诀，那就是图片！之前我看了知乎的各种攻略，我觉得都不适合我，也没一个好用的，只能自己总结。在我看来一篇文献的核心并不是试验方法，也不是试验结果分析，而是图片，图片是一篇文献的精华所在，你看懂了图片内容也就看懂了文章。每个图片下面的解释都会简单的对实验进行说明，文章中对图片的描述则是这个文章的重点与难点，需要着重的去理解，最好对比图片去理解，然后你就会发现其实阅读文献并没有那么难。出于严谨考虑，我决定把这种方法再试验一遍，用这种方法做两到三次重复，期待最后的结果。
另外昨天第一次运动打卡，我还是比较重视各种事情的第一次的，为了让我的数据看着好看一点，我又去补了一个5公里，很累，一直到今天我的腿还是软的.....不过还好，有了一个好的开始，我是一个喜欢善始善终的的人，喜欢什么事情都有个结果，我也希望运动打卡这件事能有一个好的结果。