植物叶子中的细胞如何组织自身以确保光合作用的最佳区域

植物叶子需要很大的表面积来捕获阳光进行光合作用。图宾根大学植物分子生物学中心的EmanueleScacchi博士和MarjaTimmermans教授与一个国际团队合作，现已发现哪些遗传机制控制叶子生长成能够有效捕获阳光的扁平结构。

一种内置的GPS可以告知每个细胞其在生长中的叶子中的相对位置。该顺序对应于著名数学家艾伦·图灵预言的自组织的生物学概念。有关叶子生长的研究已发表在《自然植物》杂志上。

“当细胞分裂和繁殖时，结果通常是一团细胞。我们想知道，就一片叶子而言，细胞分裂如何导致一个大的平坦区域，”斯卡基说。为此，一组数学家和实验生物学家共同努力，利用计算机模型、分子遗传学方法和生物体成像技术来跟踪这一过程。

“这种图案形成的基础是极性;即在这种情况下区分顶部和底部的能力。它通常是由一种称为形态发生素的物质的浓度梯度产生的，一侧较低，一侧较高另一方面，”斯卡基解释道。

自主方向

研究小组发现“小RNA”在控制叶子生长方面发挥着决定性作用。作为移动信使，它们用于细胞之间的通信，并帮助细胞感知它们在结构中彼此的相对位置——就像GPS一样。此外，小RNA还传递信息，协调顶部和底部需要激活或抑制的基因，以赋予叶子正确的形状和功能。

“这种调节机制在生长的叶子中自主发挥作用;植物中没有中央控制，”蒂默曼斯说。“我们注意到我们的结果与艾伦图灵七十多年前提出的理论相对应。尽管他最出名的是对计算机科学的贡献，但他也研究了自然的奥秘。”

图灵认为，生物细胞中某些分子之间的简单相互作用可以导致复杂图案的形成，例如豹子皮毛上的斑点或斑马上的条纹。“他在形态发生理论中用数学方法描述了这些过程。我们的新研究建立在这个理论的基础上。我们发现了一种由小RNA控制的机制，这对应于图灵通过自组织形成模式的概念，”Timmermans说。

在这种情况下，自组织是指细胞的遗传控制行为，它们像一群鸟一样一致地行动，形成集体行为以创建叶子的正确图案和扁平结构。鸟群中的每只鸟都会对其邻居的动作做出反应，尽管没有领导者，但集体互动创造了一个连贯、有组织的模式。

适应性强的系统

“生长中的叶子细胞中的小RNA分子启动了一个遗传过程，使细胞能够感知和解释它们的环境，”Scacchi说。基因的活动在细胞之间协调，使得每片叶子被划分为清晰界定的顶部和底部，形成用于光合作用的完美平坦的画布。

这种自组织图灵机制可以使基因活动适应叶片发育过程中内部和外部的干扰，从而使叶片形状能够在环境发生剧烈变化的情况下保持一致。

“此外，这个遗传系统提供了许多微调的机会。这解释了在自然界中观察到的叶子形状的多样性，从攀缘植物的简单卷须到一些食肉植物的复杂捕虫笼。但我们的发现不仅重要因为它为图灵的遗产增添了新的篇章，”蒂默曼斯说。

“我们已经破译了小RNA实现自组织遗传过程的基本机制。现在我们可以探索人类如何修改和利用这些生物功能。随着全球对粮食的需求不断植物叶子中的细胞如何组织自身以确保光合作用的最佳区域

植物叶子需要很大的表面积来捕获阳光进行光合作用。图宾根大学植物分子生物学中心的EmanueleScacchi博士和MarjaTimmermans教授与一个国际团队合作，现已发现哪些遗传机制控制叶子生长成能够有效捕获阳光的扁平结构。

一种内置的GPS可以告知每个细胞其在生长中的叶子中的相对位置。该顺序对应于著名数学家艾伦·图灵预言的自组织的生物学概念。有关叶子生长的研究已发表在《自然植物》杂志上。

“当细胞分裂和繁殖时，结果通常是一团细胞。我们想知道，就一片叶子而言，细胞分裂如何导致一个大的平坦区域，”斯卡基说。为此，一组数学家和实验生物学家共同努力，利用计算机模型、分子遗传学方法和生物体成像技术来跟踪这一过程。

“这种图案形成的基础是极性;即在这种情况下区分顶部和底部的能力。它通常是由一种称为形态发生素的物质的浓度梯度产生的，一侧较低，一侧较高另一方面，”斯卡基解释道。

自主方向

研究小组发现“小RNA”在控制叶子生长方面发挥着决定性作用。作为移动信使，它们用于细胞之间的通信，并帮助细胞感知它们在结构中彼此的相对位置——就像GPS一样。此外，小RNA还传递信息，协调顶部和底部需要激活或抑制的基因，以赋予叶子正确的形状和功能。

“这种调节机制在生长的叶子中自主发挥作用;植物中没有中央控制，”蒂默曼斯说。“我们注意到我们的结果与艾伦图灵七十多年前提出的理论相对应。尽管他最出名的是对计算机科学的贡献，但他也研究了自然的奥秘。”

图灵认为，生物细胞中某些分子之间的简单相互作用可以导致复杂图案的形成，例如豹子皮毛上的斑点或斑马上的条纹。“他在形态发生理论中用数学方法描述了这些过程。我们的新研究建立在这个理论的基础上。我们发现了一种由小RNA控制的机制，这对应于图灵通过自组织形成模式的概念，”Timmermans说。

在这种情况下，自组织是指细胞的遗传控制行为，它们像一群鸟一样一致地行动，形成集体行为以创建叶子的正确图案和扁平结构。鸟群中的每只鸟都会对其邻居的动作做出反应，尽管没有领导者，但集体互动创造了一个连贯、有组织的模式。

适应性强的系统

“生长中的叶子细胞中的小RNA分子启动了一个遗传过程，使细胞能够感知和解释它们的环境，”Scacchi说。基因的活动在细胞之间协调，使得每片叶子被划分为清晰界定的顶部和底部，形成用于光合作用的完美平坦的画布。

这种自组织图灵机制可以使基因活动适应叶片发育过程中内部和外部的干扰，从而使叶片形状能够在环境发生剧烈变化的情况下保持一致。

“此外，这个遗传系统提供了许多微调的机会。这解释了在自然界中观察到的叶子形状的多样性，从攀缘植物的简单卷须到一些食肉植物的复杂捕虫笼。但我们的发现不仅重要因为它为图灵的遗产增添了新的篇章，”蒂默曼斯说。

“我们已经破译了小RNA实现自组织遗传过程的基本机制。现在我们可以探索人类如何修改和利用这些生物功能。随着全球对粮食的需求不断