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压应力塑造拟南芥根维管组织的对称性

摘要 组织边界的产生和维持是植物和动物功能器官发育的基础。一般来说,组织边界最初是在原始细胞之间设定的,它们的形状和排列在随后的器官生长

组织边界的产生和维持是植物和动物功能器官发育的基础。一般来说,组织边界最初是在原始细胞之间设定的,它们的形状和排列在随后的器官生长过程中被细化。在此过程中,细胞迁移对动物系统中的边界细化起着抑制作用,然而,植物组织由于其细胞壁而缺乏这种细胞流动性。尽管在理解几种植物器官发生中组织边界的初始模式方面取得了重大进展,但在植物中边界形状是否以及如何在随后的生长阶段受到调节仍然未知。

由奈良科学技术研究所 (NAIST) 的 Shunsuke Miyashima 领导的一个研究小组已经确定了一种在拟南芥根维管组织发育过程中塑造组织边界并改进其对称性的机制。“由细胞分裂素信号通路调节的局部增殖被解码为全局导向的机械应力,以使植物维管组织边界对称,”他说。

研究人员使用激光细胞消融和机械模拟证明,血管发育过程中的位置偏向细胞增殖会产生各向异性压应力场,平滑和对称植物维管组织木质部和原形成层中两种主要细胞类型之间的边界。作为分子机制,研究人员发现 GATA 转录因子 HANABA-TARANU (HAN) 形成前馈调节环路以响应细胞分裂素,以确定细胞增殖的位置和频率,从而远端对称地限制机械应力的来源边界。植物维管组织的空间受限环境有效地在细胞之间引入应力方向以产生组织范围的应力场,

这项工作揭示了在拟南芥根维管组织发育过程中塑造组织边界的机制。通过位置偏向细胞增殖,细胞分裂素-HAN 信号通路组织各向异性压应力场,使组织边界平滑和对称。这项工作是独一无二的,它表明机械应力调节不仅发生在相邻细胞,而且发生在组织图案的远端位置。尽管这种机制目前在基于植物的系统中得到证实,但这种机制很可能也适用于动物组织。因此,这项工作为所有多细胞生物体形态发生中涉及的细胞力学提供了新的思路。

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