研究揭秘拟南芥叶片扁平细胞形状多样原因
研究人员发现一个细胞的独特形状起因于一种内在的拔河竞争：细胞需要维持结构完整性，同时也要不断变化地响应机械压力的推和拉。研究人员对幼小拟南芥的第一片叶子或胎盘母面绒毛小叶的扁平细胞组织中支持性微管排列进行了研究。
通过荧光标记细胞的微管(黄色，细胞的上表面。紫色，细胞底面)
从远处看，叶片的顶部看上去像一个无缝整合的表面;然而，近距离看，光滑的外表事实上是由许多种形状和大小不同的细胞混杂组成的。感兴趣的是这些细胞如何分别呈现它们自身独特的形状，加州理工学院生物学家Elliot Meyerowitz，博士后学者 Arun Sampathkumar及其同事寻找扁平细胞中准确地形状控制因子，这是在有花植物叶片上发现的迷惑的上皮细胞。它们发现这些罕见形状是细胞对微管细胞骨架机械压力的响应，这种蛋白导管担任一种细胞内支架。这些微管定向指引细胞壁组分的沉积，从而提供结构支架。
研究人员对幼小拟南芥的第一片叶子或胎盘母面绒毛小叶的扁平细胞组织中支持性微管排列进行了研究。通过荧光标记细胞的微管(黄色，细胞的上表面;紫色，顶面;细胞)，研究人员可以想像细胞的结构排列，并能看到这些排列随着时间变化是如何改变的。他们也能看到由细胞经历机械力变化引起的微管修饰。
微管增强了细胞的结构通过压力方向的排列或细胞经历的压力，并指导新细胞壁材料的沉积，为细胞形态提供一个支持性支架。然而，Meyerowitz及其同事发现这种内应力也受到细胞形状的影响。结果是一个反馈回路：细胞的形状影响微管排列;反过来，这种排列影响细胞的形状，调整微管，等等。因此，表皮扁平细胞的异常形状表示一种平衡状态，单个细胞的拔河竞争维持结构完整性，同时也要不断变化地响应机械压力的推和拉。
原文摘要：
Arun Sampathkumar, Pawel Krupinski, Raymond Wightman, PASCale Milani, Alexandre Berquand, Arezki Boudaoud, Olivier Hamant, Henrik Jönsson, Elliot M Meyerowitz
Although it is a central question in biology, how cell shape controls intracellular dynamics largely remains an open question. Here, we show that the shape of Arabidopsis pavement cells creates a stress pattern that controls microtubule orientation, which then guides cell wall reinforcement. Live-imaging, combined with modeling of cell mechanics, shows that microtubules align along the maximal tensile stress direction within the cells, and atomic force microscopy demonstrates that this leads to reinforcement of the cell wall parallel to the microtubules. This feedback loop is regulated: cell-shape derived stresses could be overridden by imposed tissue level stresses, showing how competition between subcellular and supracellular cues control microtubule behavior. Furthermore, at the microtubule level, we identified an amplification mechanism in which mechanical stress promotes the microtubule response to stress by increasing severing activity. These multiscale feedbacks likely contribute to the robustness of microtubule behavior in plant epidermis.
标签: 细胞骨架 微管 扁平细胞 拟南芥
作者：Snail
