解开罗马花椰菜的螺旋结构
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一组研究人员已经确定了螺旋锥形结构的基因组成罗马花椰菜,和复制这些模式在一个小开花植物拟南芥。这项研究是发表在《科学。
花椰菜,加上一些花——包括大丽花和雏菊——发展定义“phyllotactic螺旋”,植物元素的安排开发以恒定从上一个发散角,从本质上讲,重复下去。
分形是什么?
上的螺旋模式叫romesco被称为“分形”——源于拉丁词“碎” 大致翻译 分散或折断。 波兰裔法国美国数学家Benoit Mandelbrot教授 创造了“分形”这个词。很快意识到他们的相关性在许多领域,包括科学、工程和金融,让他把他的大部分生活领域的分形几何。在一个 2001年麻省理工学院的讲座 曼德布洛特将分形描述为“简单、复杂、开放式”。
“分形数学对象非常不规则的形状,相反我们想象当想象“平滑”形状,”说 克利斯朵夫Godin 高级研究员Inria和相应的作者科学研究。
Godin解释说,通常观察主题贯穿结构在许多鳞片,过程描述为“自相似性”。
“构造分形通常使用简单的数学规则,一次又一次地重复。然而,类似于分形对象存在于自然和罗马花椰菜可能是最明显的例子之一的不规则,以这种方式创建自相似结构,”Godin解释道。
虽然科学界已经知道这些特殊的分形形式在一段时间内,仍然难以捉摸的是如何开发的生物。
底层负责它们的形成机制是什么?“这是我和我的同事试图解决这个问题 弗朗索瓦Parcy 我们的两组,12年前开始,”Godin说。
Parcy和他的团队在细胞和植物生理学实验室专注于研究花卉发展控制转录和染色质水平。
解决螺旋形的神秘
花椰菜都是由螺旋小花,每个小花本身就是由螺旋模式较小的小花。然而,Godin警告说“这个分形组织不是很明显,所有的小花都是相对平坦的表面,使一个圆形的豆腐。”
但罗马花椰菜是独一无二的,其螺旋已经展现在三维空间中,让它“承担一个引人注目的锥形结构,强化在所有尺度上美丽的螺旋图案。”
基因的操纵人员拟南芥植物被广泛用作研究的模式生物,属于同一个家庭(十字花科菜花)。在1990年代,研究人员发现了一个拟南芥变异,由于两个基因的突变,其开花的枝干变成小结构共同作用或“奶油”。因此,“我们决定开始我们的调查在这个模型的双突变体植物,“Godin说。
研究人员首先分析了两个突变基因( APETALA1 (AP1)和 菜花 (卡尔)可能改变一个开花抑制菜花豆腐。这使他们识别一套核心遗传因素(除了两个突变基因),凝乳的发展至关重要。“这些基因完全形成我们所谓的盐网络,“Godin解释道。
盐网络是由多个基因之前与花序和花的发育和结构共同作用的发展拟南芥。团队还包括 生长素 植物激素,刺激新原基的起始,和“F”代表不同的分子能够触发花生产。
他继续说道,“这个新一步是决定性的找出可能发生的开发过程中产生的凝乳Romanesco-like模式。然后我们明白只有一个额外的突变可以负责将菜花豆腐变成Romanesco-like结构。”
研究人员结合实验分析拟南芥突变体与计算机建模方法进一步探讨假说。
“仿真和现场实验非常互补。”
- - - - - - 克利斯朵夫Godin
“只要几个基因相互作用,一般是不可能预测什么将会从这样一个复杂的相互作用网络。允许我们量化模拟盐基因相互作用的动力学,探索可能的结果,最后了解花的临时激活基因的关键作用生产菜花凝乳,“Godin说。
他们引入了第三个基因突变( CLAVATA3 (CLV3)到拟南芥菜花变异,结果表明,拟南芥凝乳使锥形结构,让人想起Romanesco-like凝乳。“如果改变植物不是叫romesco一样分形,这显然完全证明我们知道豆腐的原则发展和影响他们的形状,“Godin说。
在他们的论文研究结果清楚地强调:“我们发现,豆腐自相似性时,因为分生组织不能形成花但保持“记忆”的临时通道处于植物状态。“住在分生组织细胞 拍摄和根技巧 , 负责植物生长,可以吗 分化形成植物的各个部分。
现在团队已经解码罗马花椰菜的开发原则,他们计划进一步挖掘到食用花椰菜确定特定基因转换负责将祖先植物转化为我们今天看到的花椰菜。
Godin突出了一个关键的发展领域:“最近,非常令人兴奋的结果从大规模测序获得菜花植物已报告由中国[研究],指着不同物种之间的基因差异。”
Godin希望通过集团的结果结合自己的研究结果可以获得新的理解的发展收益。
参考: Azpeitia E, Tichtinsky G,尹浩然,勒马森。 菜花分形形式源于植物的基因网络的扰动。科学。2021,373 (6551):192 - 197。doi: 10.1126 / science.abg5999
克利斯朵夫Godin与劳拉·伊丽莎白·兰斯顿说,总编辑技术网络。188金宝搏备用
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