麦吉尔大学揭示植物表皮细胞机械结构的生物学功能

• 全文链接

关键词：

来源：

Ad植物微生物

全文链接：

//agri.nais.net.cn/topic/downloadFile/9ca2d80f-c63d-4cf7-8ed3-75832715c88e

来源地址：

https://mp.weixin.qq.com/s/n15r5zsdg6rkO8DokHhGCg

资源所属：

农业生物技术专题

类型：

前沿资讯

语种：

中文

原文发布日期：

2023-12-21

摘要：

细胞几何结构是几何学在分子生物学中的一种体现方式，如DNA双螺旋模型、手性结构等。从几何生物学的角度，我们可以发现一些生命过程中的客观规律，掌握规律来解决问题。复旦大学陈力课题组通过对细菌变形的研究发现，细胞形变是基因组重构的先决条件。美国著名华裔病理学家M.D.Anderson癌症研究中心刘劲松教授提出肿瘤发生二元论，其中癌变多倍体大细胞（PGCC）的形变理论也为肿瘤的诊治提供了新方向。植物生长需要器官和功能组织的形态发生。叶片和花瓣的表皮细胞呈现出几何形状，组合形成复杂的图案，这种复杂的表皮模式会对植物本身有什么作用呢？麦吉尔大学麦克唐纳校区植物科学系教授Anja Geitmann团队在nature communications上发表“Cell geometry regulates tissue fracture”采用多学科方法，将微观和宏观断裂实验与计算断裂力学相结合，证明了波浪状表皮细胞可以增强植物的保护层；并发现了一种可调的机械结构，可以从微观角度来保护植物免受表皮细胞裂缝的损害。叶片是维管植物的主要光合器官，其特有的扁平形状可以最大限度地捕获光并优化气体交换。然而，这种光合器官形状的优化是伴随着逆境胁迫(如草食、病原体、冰雹、沙尘暴和大风)损害的代价。这些机械损伤如磨蚀、刺穿或切割作用会在叶片表面产生孔洞，这些孔洞很容易形成裂纹。在表皮完整的情况下，它赋予植物叶片弹性和疏水表面，其唯一的开口是可控制的阀门——气孔。而叶片表面的机械损伤会使病原体可以随时进入内部组织，使光合作用的叶肉处于不受控制的脱水状态。即使是对表面的微小损害也会对植物的健康和生存构成高风险。研究人员认为是在微观层面上，表皮结构对叶子的表面韧性至关重要，可以保护它免受物理损伤的潜在致命后果。研究人员猜测在叶片表皮上的细胞形状增强了组织对微裂缝扩展的抵抗力，这种细胞形状会减轻植物表面生长微裂缝的风险，可能会缩短其重要器官的寿命。