剑桥研究人员表明，植物可以调节花瓣表面的化学成分，从而产生蜜蜂可见的虹彩信号。虽然大多数花朵会产生看起来五颜六色的色素，并作为传粉者的视觉提示，但有些花朵也会在其花瓣表面形成微观三维图案。这些平行条纹反射特定波长的光，产生虹彩光学效果，这种效果人眼并不总是可见，但蜜蜂却可以看到。

传粉者的注意力竞争激烈——鉴于世界上35%的作物依赖动物传粉者——了解植物如何制作取悦传粉者的花瓣图案对于指导未来农业、生物多样性和保护方面的研究和政策可能具有重要意义。

EdwigeMoyroud在格洛弗教授的实验室开始这项研究，现在在塞恩斯伯里实验室领导她自己的研究小组，她开发了澳大利亚本土芙蓉，威尼斯锦葵(Hibiscustrionum)，作为一种新的模式物种，试图了解如何以及何时这些纳米结构发展。

“我们最初的模型预测，细胞生长的数量和这些细胞产生的角质层数量是控制条纹形成的关键因素，”Moyroud博士说，“但是当我们开始使用威尼斯锦葵中的实验工作测试该模型时，我们发现它们的形成也高度依赖于角质层化学，这会影响角质层对导致屈曲的力的反应。”

“我们要探索的下一个问题是不同的化学物质如何改变角质层的机械性能，作为纳米结构构建材料。可能是不同的化学成分导致角质层具有不同的结构或不同的刚度，因此具有不同的方式随着花瓣的生长，对细胞所经历的力量做出反应。”

该项目揭示了多种过程的结合，它们共同作用并允许植物塑造其表面。Moyroud博士补充说：“植物是令人敬畏的化学家，这些结果说明了它们如何能够精确地调整表皮的化学成分，从而在花瓣上产生不同的纹理。在微观尺度上形成的图案可以实现一系列功能，从与传粉者的交流到防御食草动物或病原体。”

“它们是进化多样化的显着例子，通过结合实验和计算模型，我们开始更好地理解植物如何制造它们。”

研究结果将发表在CurrentBiology上。

“这些见解对于生物多样性和保护工作也很有用，因为它们有助于解释植物如何与环境相互作用，”格洛弗教授说，他也是剑桥大学植物园的园长，研究人员首先注意到威尼斯的彩虹色花朵。锦葵。

“例如，密切相关但生长在不同地理区域的物种可能具有非常不同的花瓣图案。了解花瓣图案变化的原因以及这可能如何影响植物与其传粉者之间的关系可能有助于更好地为未来管理政策提供信息环境系统和生物多样性保护。”

研究驱动3D花瓣图案形成的因素

研究人员采取了循序渐进的方法进行调查。他们首先观察了花瓣的发育，并注意到当细胞伸长时会出现角质层图案，这表明生长很重要。然后他们确定测量与生长相关的物理参数，如细胞膨胀和角质层厚度，是否可以充分预测观察到的模式，并发现他们不能。然后他们后退一步，试图找出丢失的东西。

一种材料的特性，无论是无机的还是由像表皮这样的活细胞产生的，很可能取决于这种材料的化学性质。考虑到这一点，研究人员决定研究角质层化学，发现这确实是一个控制因素。为此，他们首先使用化学领域的一种新方法来分析花瓣上非常特定点的角质层成分。这表明具有对比纹理(光滑或条纹)的花瓣区域的表面化学成分也不同。

与光滑的角质层相比，他们发现有条纹的角质层含有高水平的二羟基棕榈酸和蜡，以及低水平的酚类化合物。为了测试角质层化学是否真的很重要，他们随后在木槿中开创了一种转基因方法，直接改变植物中的角质层化学，使用与已知控制不同模式植物拟南芥中角质层分子产生的基因相似的基因。

这表明可以在不改变细胞生长的情况下，简单地通过改变角质层组成来改变角质层质地。角质层化学如何控制其3D折叠?研究人员认为，角质层化学成分的变化会影响角质层的机械性能，因为即使使用特殊设备进行拉伸，具有光滑角质层的转基因花瓣仍保持光滑，这与野生型植物的花瓣不同。