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植物根尖被限制为类似于拱形桥的圆顶形状

日本大阪-大自然充满了多样性,但在差异之下常常是共同的特征。日本研究植物特征多样性的研究人员发现,由于植物根尖的生长受到物理限制,它们通常会收敛为特定形状。

在2月发表于《发展》的一项研究中,大阪大学,奈良科学技术大学和神户大学的研究人员发现,由于植物根部的组织生长受到限制,因此植物的根部被限制为圆顶形轮廓。这项研究是本期《发展》中被选为研究重点的论文之一,着眼于植物组织在发育过程中的几何和机械特性是如何调控的,以及它们如何促进生长。

在植物和动物中,器官的轮廓由形状和大小定义。但是,尽管物种不同,这些轮廓仍具有基本的相似性(例如,鸣鸟的喙)。植物根尖也不例外,具有圆顶形状。根尖需要能够有效地穿过土壤而不分解,并且它们在植物物种之间的形状相似表明它可能受到进化的限制。

为了研究如何定义根尖的形状,该团队使用了形态计量学(即形状和形状的测量)分析和数学建模。他们研究了拟南芥的初生和侧生根尖的形状-类似于芥末和卷心菜的小型开花植物-以及其他开花植物种类。

“我们发现这些物种的根尖形状通常通过缩放其大小而收敛为一条独特的曲线,”该研究的主要作者Tatsuaki Goh说(图1)。“这条曲线可以描述为悬链曲线,就像拱桥的曲线,或是悬挂在两点之间的链条的曲线。”(图2)

研究小组还通过模拟显示,通过这种形状,机械力均匀地分布在根尖的表面上,并建议这可以帮助根尖有效地推动土壤。在机械上,要在生长的结构中形成这样的曲线,需要在幼根的侧边缘的生长区域和非生长区域之间形成明确的边界,并且需要在空间上均匀地进行单向(定向)组织生长。根尖生长(图3)。

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