Science：植物如何生长和发育？
编辑推荐：
一小团看似相同的细胞，如何发育成一株具有茎、叶和花的完整植物？很长一段时间以来，植物组织的形成机制仍不明确。荷兰瓦赫宁根大学的生物化学家们，通过他们的模型构建同事用数学工具箱模拟植物发育，找到了这个问题的答案。他们在2014年8月8日的《科学》（Science）杂志描述了共同发现的机制。
生物通报道：一小团看似相同的细胞，如何发育成一株具有茎、叶和花的完整植物？很长一段时间以来，植物组织的形成机制仍不明确。荷兰瓦赫宁根大学的生物化学家们，通过他们的模型构建同事用数学工具箱模拟植物发育，找到了这个问题的答案。他们在2014年8月8日的《科学》（Science）杂志描述了共同发现的机制。
与动物不同，植物无法移动，固定在土壤中。同样，植物细胞也是固定不动的。动物早期发育的特点是细胞迁移，而植物细胞却紧密地连接在一起。因此，植物胚胎主要通过三个方向的严格定向细胞分裂而生长。同时，这些细胞群需要获得特定的“特性”，这些特性最终将引起如木材或维管组织的形成。到目前为止，这两个关键的生长和模式形成过程，在组织形成期间如何以一种组织保持稳定的方式（尽管连续的细胞分裂）受控？还是完全不清楚。研究人员发现，当胚胎只包含四个维管前体细胞时，维管组织的模式形成就已经发生。
瓦赫宁根大学生化实验室的研究小组表明，在植物维管组织发育过程中，一个基因网络控制着细胞分裂的方向。这个网络打开一组可引起植物激素——细胞分裂素生产的基因，反过来，又调节细胞分裂和分裂的方向。研究人员Bert De Rybel解释说：“不过我们被困住了。我们想不出一个实验能够表明，这个基因网络同时控制着模式的形成。”这个时候，系统生物学实验室的数学建模者引起了大家的注意。Milad Adibi说：“我们想知道，是否这四个原始细胞真的是相同的。是否这四个维管细胞是相同并完全对称的。”
因此，Bert De Rybel和同事再次检查他们已经得到的显微图像。“让我们感到惊讶的是，我们四个初始维管细胞的图像显示，细胞不会在一点上相互接触。两个相对的细胞共有一小块细胞壁。这样，它们不同于其他两个细胞。我们甚至可以从1995年的旧记录上看到这种细胞连接。建模者指出，在理论上肯定存在该连接，在此之前从没有人看到这个。”
植物激素
因此，四细胞阶段不是简单的一团相同细胞。所以，模式形成的秘密就是，一个共同的细胞壁连接，结合植物激素生长素浓度的一个轻微差异。这些研究人员发现的基因网络，确保四个细胞进一步发育成一个包含不同细胞类型的完整维管组织。研究人员可以进一步表明，在生长素含量高的那些细胞中，这个网络的局部活性，可导致邻近细胞的分裂，从而充当整个组织的一个组织者。因此，相同的基因网络通过定向细胞分裂，控制着生长和模式形成，从而引起不同的细胞类型。
根据Dolf Weijers和Christian Fleck介绍：“这是一个协同作用的模型案例，在该案例中，将实验生化和遗传学研究与理论数学模型相结合，可带来全新的见解，没有一个研究小组仅通过自己就能做到这一点。”
（生物通：王英）
相关阅读：观察植物细胞3D结构的新方法
生物通推荐原文摘要：
Integration of growth and patterning during vascular tissue formation in Arabidopsis
Abstract：Coordination of cell division and pattern formation is central to tissue and organ development, particularly in plants where walls prevent cell migration. Auxin and cytokinin are both critical for division and patterning, but it is unknown how these hormones converge upon tissue development. We identify a genetic network that reinforces an early embryonic bias in auxin distribution to create a local, nonresponding cytokinin source within the root vascular tissue. Experimental and theoretical evidence shows that these cells act as a tissue organizer by positioning the domain of oriented cell divisions. We further demonstrate that the auxin-cytokinin interaction acts as a spatial incoherent feed-forward loop, which is essential to generate distinct hormonal response zones, thus establishing a stable pattern within a growing vascular tissue.
下载安捷伦电子书《通过细胞代谢揭示新的药物靶点》探索如何通过代谢分析促进您的药物发现研究
10x Genomics新品Visium HD 开启单细胞分辨率的全转录组空间分析！
欢迎下载Twist《不断变化的CRISPR筛选格局》电子书
揭秘单细胞测序-深入了解这项正在改变我们开展科学研究的技术
下载《细胞内蛋白质互作分析方法电子书》
相关知识
Science：植物如何生长和发育？
Science | 福建农林大学破解番茄自花授粉的分子秘密
菇娘——花发育的新模式植物丨笺草释木
植物生长室：如何搭建一个功能齐全、环境稳定的植物实验室？
植物进化科普园Plant Evolution Popular Science Garden
植物组织培养
农林大学博士后发表Science
广东省植物发育生物工程重点实验室
常见植物的变态发育
牡丹花的发育、演化和人生启迪
网址: Science：植物如何生长和发育？ https://m.huajiangbk.com/newsview46826.html
| 上一篇: 催熟的水果会致性早熟？“顶花黄瓜 |
下一篇: 科学网—植物激素简介（二） |
