随机过程可以确定器官中的特化细胞

什么是允许植物和动物器官从原始相同细胞组产生不同特化细胞的过程?如果在萼片中发现小的和巨大的细胞 - 花蕾在芽中的叶状覆盖 - 开花的拟南芥植物，答案是随机性。小细胞与巨细胞的比例对于萼片是正确的形状是重要的，以正确地保持花瓣闭合和就位，直到花准备开花。最近在eLife杂志上发表的这项研究首次发现了一种随机的模式机制，可以决定每个细胞在大小方面的命运，从而使小细胞与巨细胞的正确比例发挥正常作用。

“未来的主要问题是这种模式机制是否也用于其他系统，例如动物器官和其他植物，其中特殊细胞类型以漂亮的模式制作，”Nancy M.和Samuel的Adrienne Roeder说。 C.弗莱明任命威尔细胞与分子生物学研究所助理教授，该论文的高级作者。Heather Meyer是Roeder实验室的研究生，是该论文的第一作者。

为使萼片具有正确的曲率并在花朵准备开花时适当地打开，细胞必须保持每个巨细胞大约110个小细胞的比例。与可能小到10微米的小细胞相比，巨细胞可以大到360微米，尽管它们并非都是均匀的。

通常，细胞生长，复制其DNA，再次生长然后分裂。通过实时显微成像，研究人员发现小细胞分裂，使它们体积变小。但是这些巨细胞经历了一个称为核内复制的过程，在这个过程中它们复制了它们的DNA但不分裂而是变大。例如，核内复制在玉米，小麦和豆类的营养部分中很常见。

该研究报告称，一种名为ATML1的蛋白质在萼片的所有表皮细胞(组织的外层)中表达，但ATML1的水平在每个细胞中随机波动。Meyer创造了一种发荧光的ATML1蛋白，因此她可以随时间对ATML1浓度进行成像。通过每8小时对细胞进行成像，Meyer认识到当ATML1水平足够高以超过阈值而细胞处于其第二生长期时，该细胞将进入核内复制状态并变成巨型细胞。否则，细胞分裂。

Roeder的实验室与英国剑桥大学的合作者Pau Formosa-Jordan，JoséTeles，HenrikJönsson和James Locke合作，Teles和Formosa-Jordan创建了一个单细胞图像处理平台，这是量化阈值行为所必需的。该平台与计算机模型耦合以验证结果并基于ATML1的随机波动再现巨细胞和小细胞的模式。

“这一发现为我们提供了一个关于细胞如何决定细胞成型类型的新观点，”Roeder说。“这种随机的图案化机制可能会在所有地方进行，我们还没有成像和量化能力来观察它。”

共同作者，法国里昂大学研究员Gwyneth Ingram合作确定了ATML1在确定细胞大小方面的作用。