植物形态发生由生长速度（细胞扩张和细胞分裂）及其方向性（各向异性）决定。生长速率受激素信号控制，其解码取决于激素水平及其发生的组织和细胞类型。为了更好地理解形态发生和所涉及的调节性信号需要精确的3D细胞水平上的单细胞的工具，然而由于难以分割显微镜图像，它们的应用仍然很少，很少进行 3D 中细胞生长率的定量分析。目前，激素信号如何协调生长各向异性仍不清楚。
近日，国际著名杂志Nature Plants在线发表了以色列海法以色列理工学院生物学院，S. Savaldi-Goldstei团队题为“The root meristem is shaped by brassinosteroid control of cell geometry”的研究论文。在本研究中，作者通过研究油菜素类固醇 (BR) 信号对根分生组织结构的影响，来探索植物细胞及整个器官如何被时空调控以控制大小和形状。
文中作者首先利用MorphoGraphX 精确量化 WT 和 BR 信号扰动根中分生细胞的 3D 几何形状，并比较各种组织的长度、宽度、深度、表面积和体积，准确地分割和分析了 8,849 个单细胞，通过量化并绘制了给定组织中每个几何参数的处理结果（即 BR 信号）的方差百分比。结果表明了体积和表面积是受影响最小的几何参数。即这种定量的单细胞几何分析表明 BR信号改变细胞形状但不改变体积。
为了清晰细胞形状的这些差异是如何随着时间产生的，接下来作者使用3D 延时捕捉细胞的定向增长率和几何补偿，利用运动学和 4D 分析建立了 BR 信号作为设置增长方向性的动态，其中一个给定的轴以另一个轴的增长为代价。
图1. BR 信号对细胞形状和各向异性的影响大于对分生组织细胞体积的影响。
从细胞到整个器官水平，作者接下来为进一步探究受BR调控细胞几何形状是否与分生组织的径向生长相关，作者量化了BR信号对径向生长的影响，通过对不同组织沿分生组织的径向生长被量化为与 QC 距离的函数，评估该参数与 BR 对细胞长度和分生组织长度的影响之间的相关性。比较所有系和处理时，结果表明细胞长度与分生组织的径向生长呈负相关，使得BR信号将细胞几何形状和组织特异性机械特性与径向分生组织的生长联系了起来。
图2. 延时显示不同方向上的增长率取决于BR信号。
为了了解不同组织如何相互作用以控制生长，作者开发了根部生长横截面的机械模型。在纵向上，所有细胞层的生长速率必须相似。然而，径向生长可能涉及组织之间的不同生长速率。该模型的结果表明，根分生组织不同组织的力学特性并不统一，内部和外部组织必须有不同的生长调节，如BR信号对内环和外环产生不同的影响，外层的活动在控制和促进纵向生长方面发挥更重要的作用。总之，实验数据和模拟为细胞水平的 BR 信号的组织特异性解码如何驱动机械变化提出了一个合理的模型，这可能控制生长各向异性并塑造根分生组织。
综上，模拟演示了内部和外部组织之间的差异 BR 调节生长如何塑造分生组织，从而解释了 BR 信号的组织特异性扰动的非直观结果。结合实验数据和模拟表明内部和外部组织在生长调节中具有不同但协调的作用。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41477-021-01014-9
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