植物如何治愈伤口机械力引导细胞分裂的方向

植物由非常坚硬的细胞组成。就像墙上的砖块一样，这一功能为它们提供了结构支撑，以保持其形状并抵抗重力直立。然而，就像任何生物体一样，植物可能会受到风或动物放牧等伤害。虽然人类和动物的细胞随着血液移动来检测和治愈伤口，但植物由于其刚性和固定性，必须进化出一种非常不同的机制。

LukasHoermayer、奥地利科学技术研究所(ISTA)的Friml、Benková和Heisenberg小组及其同事进行的一项合作研究现在为他们如何管理这一问题提供了新的见解。

科学家们用激光束伤害拟南芥(Arabidopsisthaliana)，并使用显微镜分析了随后的伤口愈合过程。发表在《发育细胞》杂志上的研究结果提供了所发生情况的精确视图：受伤后，组织立即重塑自身并触发细胞分裂以闭合伤口。

植物的伤口愈合

卢卡斯·霍尔梅尔(LukasHoermayer)一直对大自然很感兴趣。他在乡村长大，很多时间都在户外的田野或葡萄园里度过。但当他在ISTA实习时，他对植物的科学好奇心后来产生了。“从那时起，它就一直伴随着我，”霍尔梅尔说。

在攻读博士学位时。在JiříFriml的小组中，他研究了植物的伤口愈合，这一研究领域已经存在了一个多世纪。快进几年，霍尔迈尔和他的同事可能已经破解了密码。

在根部内部，植物细胞处于高压之下。当组织受损时，细胞就会死亡。它们破裂并释放压力，形成必须尽快填充的空隙。邻近的细胞充当第一响应者，延伸到这个间隙中。

“这就像两个气球粘在一起并挤压在一起。如果一个气球破裂，另一个气球会立即向破裂的气球拉伸和变形，以平衡压力，”霍尔梅尔解释道。细胞伸长并开始分裂，产生新细胞，最终封闭伤口。虽然根部的细胞通常仅在重力作用下向下分裂，但在这种情况下，它们能够在多个方向上分裂。怎么会?

Hoermayer和同事抑制了某些被认为影响这种特殊分裂过程的分子，但没有观察到伤口愈合的变化。

“令我们惊讶的是，无论我们做什么，这个过程仍然有效，”霍尔梅尔说。因此，他们将项目的重点转向机械方面。为了可视化这些力学，科学家们使用了专门设计的配备激光的显微镜。激光束损伤了植物组织，显微镜记录了接下来发生的情况。

在分析视频材料后，研究人员发现微管(细胞中的动态蛋白质结构，有助于在分裂过程中分离遗传物质)对机械变化做出反应。当细胞被拉伸时，微管会重新定位并确定细胞分裂的方向，从而触发细胞分裂。

“我们的结果表明，细胞拉伸产生的纯粹机械力在伤口愈合过程中驱动细胞分裂，”Hoermayer说。

改善农业生态系统

与ISTA最近发表的其他出版物类似，这项新研究表明可以通过力学原理来理解组织发育和再生。它还强调了植物在治愈损伤方面的卓越效率——这是它们必须拥有的力量，因为它们不断暴露在自然力量之下。考虑到持续的气候变化，这一点变得更加重要。

面对环境挑战，了解植物如何治愈和再生伤口为农业发展带来了巨大希望。

Hoermayer解释说：“在极端盐碱地或沙质土壤等恶劣条件下，农民在改种更有弹性的作物和健壮的植物时，可能会考虑这些细节。”优化和促进自然再生过程也有助于使农业更加可持续，因为摆脱化学品可以减少农业对环境的影响。