计算模型 生长& Development

为什么叶子总是平的?

新模型揭示了扁平叶生产稳健性的可能机制。

开花植物的叶子的尺寸和形状多样,但大多数具有含有不同类型和细胞布置的不同的顶部(adaxial)和底部(附带的)表面。叶片进化中的这一关键创新优化了光合作用的主要功能。 在顶部,细胞捕获光。在底部,它们允许煤气交换和蒸腾。

好奇地,叶子不开始平坦,而是从干细胞利基中出现为径向对称凸起。这些 然后通过沿着其两个轴驱动生长来平稳地平整,以产生长而宽的最终结构,但只有几个细胞层厚。尽管这种过程的复杂性,但植物始终形成具有关于和轴向表面的叶子。

发表了一项新研究 在Silico. Plants 由俄亥俄州州立大学的Aman Houses及其同事 描述在开发期间产生和维护叶中的Adaxial-asaxial图案化程度.

Adaxial(Ad)和Zaxial(AB)结构域在形态上是不同的。

作者创建了决定因素的一维空间模型和在叶子上方方的相互作用的相互作用。该模型包括转录因子网络和相关的miRNA。

“使用来自古典遗传学的方法对实时成像进行了多种群体研究了关于Adaxial-axaxial图案。总的来说,这些研究表明,Adaxial-厌购图案由复杂的转录因子和小RNA网络管辖。该网络的特征在于许多有趣的特性,包括相互拮抗相互作用和细胞到细胞移动性。难以选择包含模型中的所有相互作用的因素是不可行的。优先考虑,我们使用了突变体的表型严重程度,跨越进化,以及在其他生物中的不同因素在其他生物中发挥不同因素的标准,“分子遗传学助理教授夫妇博士说。

重要的是,而不是简单地假设模型参数, 当数据稀缺时,这是常见的做法,本研究中的大多数参数直接从实验数据估算。

该模型成功地再现了对Adaxial - Zhial图案化和小RNA靶相互作用的观察。

作者表明,对转录因子和MRNA之间的已知相互作用建模概括了叶片中这些因子的已知的adaxial - 厌作模式。另外,该系统对参数值和噪声的变化相对稳健。丈夫说,“生物学令人难以置信的嘈杂,但仍然能够以可重复的方式产生复杂的成果。为了测试我们的模型是否准确反映了这种稳健性,我们将噪声引入模型核心的功能。这些功能描述了基因的数量以及互动时会发生什么。我们通过允许功能值在模型的每个步骤中随机波动来完成此操作。即使在面对显着的噪音,我们的模型也可以可靠地生产预期的结果,这与Adaxial-aaxial图案的强大性质一致。“

这项工作将通知未来的建模众多复杂结构由Adaxial-axaxial图案化产生。


包含模型实现的MATLAB文件和包含用于使用来自来自(中)的数据的基因TPM值的计算的excel文件 Cortijo. . 2019)包括作为支持信息,并可以找到 //github.com/LukeAndrejek/RobustMathematicalModel.

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