多物理学方法探究植物响应：从钙信号到触动性运动
生物物理
2025-01-31 v1
摘要
植物通过复杂动态的机制整合物理、化学和生物线索来响应生物和非生物胁迫。本文提出了一个多物理学平台，用于系统性地研究这些跨尺度的响应。该平台将六轴微操作臂与可更换探头结合，实现对机械、静电、光学和化学刺激的精准施加。通过该系统，我们探索了拟光病草（Arabidopsis thaliana）的钙信号、摇篮树榴榭（Mimosa pudica）的触动性运动，以及迷迭香（Rosmarinus officinalis L.）和罗勒（Ocimum basilicum）中通过微注射的化学交换。我们的发现表明，刺激类型及其空间位置均显著影响响应：机械和静电刺激引发不同的钙信号模式，重复静电刺激显示出响应疲劳的迹象。摇篮树榴榭的触动性响应取决于扰动位置，凸显了双向钙信号的复杂性。微注射实验成功实现了针对性化学扰动，为生化研究开辟了新途径。该开源平台为解析植物胁迫响应提供了多样化的工具，弥合了基础研究与农业和生物工程技术之间的差距。通过实现对植物-环境相互作用的精准、可扩展且可重复的研究，本工作为理解植物韧性和适应性机制提供了新视角。
引用
@article{arxiv.2501.18215,
title = {A multi-physics approach to probing plant responses: From calcium signaling to thigmonastic motion},
author = {Sabrina Gennis and Matthew D. Biviano and Kristoffer P. Lyngbirk and Hannah R. Thomas and Viktoriya Vasina and Christine Faulkner and Michael Knoblauch and Kaare H. Jensen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.18215},
year = {2025}
}