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Nat Plants:中科院遗传所焦雨铃研究组等揭示叶片非对称发育的生物力学调控

摘要 : 2017年9月4日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Plants》杂志在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所焦雨铃研究组与中国科学院力学研究所龙勉研究组合作的一篇研究论文,研究成果题为“叶片器官非对称性的力学调控”。

2017年9月4日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Plants》杂志在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所焦雨铃研究组与中国科学院力学研究所龙勉研究组合作的一篇研究论文,研究成果题为“叶片器官非对称性的力学调控”。论文报道了揭示叶片非对称发育的生物力学调控。焦雨铃研究组博士研究生齐继艳(已毕业)、吴彬彬和龙勉研究组博士后冯世亮博士为该论文共同第一作者,焦雨铃研究员与龙勉研究员为共同通讯作者。

在发育过程中,动植物的器官如何获得不对称的形状?大量的分子遗传学研究发现了诸多调控基因,但仍未完全解答这个基本的发育生物学问题:人们尚不了解基因如何指导器官形状的建立。叶片作为典型的植物器官,是一个研究器官不对称性产生的很好体系。

研究人员通过学科交叉研究发现了生物力学在器官形状不对称性产生中扮演的重要角色。研究表明,叶片背侧与腹侧间信号分子的极性分布导致叶片原基中细胞壁力学属性的不对称性;细胞壁中果胶的甲酯化修饰的不对称性参与介导力学属性的不对称性形成。理论模拟表明,力学不对称性可较好解释器官形状不对称性的产生;特别值得一提的是,人为改变果胶甲酯化修饰来影响细胞壁力学属性的实验验证了模型预测,并发现能够改变背侧/腹侧极性基因的表达。综上所述,力学不对称性可能是器官不对称性产生的一种普遍机制。

图:极性基因和生长素通过机械力信号调控叶片极性建成

原文链接:

Mechanical regulation of organ asymmetry in leaves

原文摘要:

How appendages, such as plant leaves or animal limbs, develop asymmetric shapes remains a fundamental question in biology. Although ongoing research has revealed the genetic regulation of organ pattern formation, how gene activity ultimately directs organ shape remains unclear. Here, we show that leaf dorsoventral (adaxial-abaxial) polarity signals lead to mechanical heterogeneity of the cell wall, related to the methyl-esterification of cell-wall pectins in tomato and Arabidopsis. Numerical simulations predicate that mechanical heterogeneity is sufficient to produce the asymmetry seen in planar leaves. Experimental tests that alter pectin methyl-esterification, and therefore cell wall mechanical properties, support this model and lead to polar changes in gene expression, suggesting the existence of a feedback mechanism for mechanical signals in morphogenesis. Thus, mechanical heterogeneity within tissue may underlie organ shape asymmetry.

来源: Nature Plants 浏览次数:0

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