3D 细胞几何结构和排列施加的机械约束调节拟南芥胚胎的生长模式

形态发生随时间在 3D 空间中发生，并由协调的基因表达程序引导。在此，我们利用拟南芥植物的胚后发育来研究生长的遗传控制。我们证明，驱动促生长激素赤霉素及下游生长因子产生的基因表达首先在胚的胚根尖端被诱导。然而，细胞伸长的中心在空间上与基因表达的中心相分离。由于快速生长的细胞与尖端细胞的几何形态截然不同，我们推测机械因素可能促成了这种生长位移。为此，我们在细胞分辨率下建立了定制设计的数字胚胎生长的 3D 有限元模型。我们利用该框架将细胞大小、形状和拓扑结构如何影响组织生长进行概念化，并探索了几何输入和遗传输入对生长分布的相互作用。我们的模拟表明，机械约束足以解释实验观察到的基因表达时空模式与早期胚后生长之间的脱节。细胞伸长中心是生长的遗传促进因素和机械促进因素汇聚的位置。因此，我们揭示了一种机制，即 3D 细胞几何结构有助于引导基因决定的生长发生的具体位置。