Subtle origin for complex shapes The cup-shaped leaves of carnivorous plants have evolved multiple times from ancestors with flat leaves. Studying development of the carnivorous trap in the humped bladderwort, Utricularia gibba, Whitewoods et al. identified genes similar to those expressed in surfaces of flat leaves (see the Perspective by Moulton and Goriely). Ectopic expression and computational modeling reveals how slight shifts in gene expression domains make the difference between a flat leaf and a convoluted trap structure. Flexibility in growth rates in orthogonal polarity fields allows for diversity in shapes formed through development. Science, this issue p. 91; see also p. 24 A developmental model shows how shifts in gene activity can generate diverse leaf forms. Leaves vary from planar sheets and needle-like structures to elaborate cup-shaped traps. Here, we show that in the carnivorous plant Utricularia gibba, the upper leaf (adaxial) domain is restricted to a small region of the primordium that gives rise to the trap’s inner layer. This restriction is necessary for trap formation, because ectopic adaxial activity at early stages gives radialized leaves and no traps. We present a model that accounts for the formation of both planar and nonplanar leaves through adaxial-abaxial domains of gene activity establishing a polarity field that orients growth. In combination with an orthogonal proximodistal polarity field, this system can generate diverse leaf forms and account for the multiple evolutionary origins of cup-shaped leaves through simple shifts in gene expression.

中文翻译：

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通过基因表达的简单变化从平面叶子进化出食肉陷阱

复杂形状的微妙起源食肉植物的杯状叶子从具有扁平叶子的祖先进化而来。研究在驼峰紫菀（Utricularia gibba）、Whitewoods 等人中的食肉陷阱的发展。鉴定了与平叶表面表达的基因相似的基因（参见 Moulton 和 Goriely 的观点）。异位表达和计算模型揭示了基因表达域的微小变化如何使扁平叶和复杂的陷阱结构之间产生差异。正交极性场中增长率的灵活性允许通过发展形成的形状多样性。科学，这个问题 p。91; 另见第。24 发育模型显示了基因活动的变化如何产生不同的叶形。叶子从平面片和针状结构到精致的杯形陷阱不等。在这里，我们表明在肉食植物 Utricularia gibba 中，上部叶（近轴）域仅限于产生陷阱内层的原基的一小部分区域。这种限制对于陷阱的形成是必要的，因为早期的异位正轴活动会产生放射状的叶子并且没有陷阱。我们提出了一个模型，该模型通过基因活动的近轴-远轴域建立了一个定向生长的极性场，来解释平面和非平面叶的形成。与正交近端极性场相结合，该系统可以产生不同的叶子形式，并通过基因表达的简单变化来解释杯形叶子的多个进化起源。我们表明，在肉食植物 Utricularia gibba 中，上部叶（近轴）域仅限于产生陷阱内层的原基的一个小区域。这种限制对于陷阱的形成是必要的，因为早期的异位正轴活动会产生放射状的叶子并且没有陷阱。我们提出了一个模型，该模型通过基因活动的近轴-远轴域建立了一个定向生长的极性场，来解释平面和非平面叶的形成。与正交近端极性场相结合，该系统可以产生不同的叶子形式，并通过基因表达的简单变化来解释杯形叶子的多个进化起源。我们表明，在肉食植物 Utricularia gibba 中，上部叶（近轴）域仅限于产生陷阱内层的原基的一个小区域。这种限制对于陷阱的形成是必要的，因为早期的异位正轴活动会产生放射状的叶子并且没有陷阱。我们提出了一个模型，该模型通过基因活动的近轴-远轴域建立了一个定向生长的极性场，来解释平面和非平面叶的形成。与正交近端极性场相结合，该系统可以产生不同的叶子形式，并通过基因表达的简单变化来解释杯状叶子的多个进化起源。上部叶（近轴）域仅限于产生陷阱内层的原基的一个小区域。这种限制对于陷阱的形成是必要的，因为早期的异位正轴活动会产生放射状的叶子并且没有陷阱。我们提出了一个模型，该模型通过基因活动的近轴-远轴域建立了一个定向生长的极性场，来解释平面和非平面叶的形成。与正交近端极性场相结合，该系统可以产生不同的叶子形式，并通过基因表达的简单变化来解释杯状叶子的多个进化起源。上部叶（近轴）域仅限于产生陷阱内层的原基的一个小区域。这种限制对于陷阱的形成是必要的，因为早期的异位正轴活动会产生放射状的叶子并且没有陷阱。我们提出了一个模型，该模型通过基因活动的近轴-远轴域建立了一个定向生长的极性场，来解释平面和非平面叶的形成。与正交近端极性场相结合，该系统可以产生不同的叶子形式，并通过基因表达的简单变化来解释杯状叶子的多个进化起源。我们提出了一个模型，该模型通过基因活动的近轴-远轴域建立了一个定向生长的极性场，来解释平面和非平面叶的形成。与正交近端极性场相结合，该系统可以产生不同的叶子形式，并通过基因表达的简单变化来解释杯状叶子的多个进化起源。我们提出了一个模型，该模型通过基因活动的近轴-远轴域建立了一个定向生长的极性场，来解释平面和非平面叶的形成。与正交近端极性场相结合，该系统可以产生不同的叶子形式，并通过基因表达的简单变化来解释杯状叶子的多个进化起源。