基于存储的蓝细菌异形胞决定与图式形成模型

当缺乏固定氮 (fN) 时，某些丝状蓝细菌会分化为固氮异形胞。蓝细菌细胞中存在大量且动态变化的储存 fN，但其在指导异形胞决定中的作用尚未明确。我们提出了一个针对丝状蓝细菌的 fN 运输、细胞生长和异形胞决定的综合计算模型。通过纳入与细胞长度成正比的 fN 存储，且无需任何显式的细胞周期效应，我们得以重现广泛且较晚的异形胞决定时间范围，并观察到强烈的间接细胞周期效应。我们提出，fN 存储是丝状蓝细菌异形胞决定与图式形成的重要组成部分。该模型允许我们探索初始和稳态的异形胞图式。在初始决定后，发育模型呈层级结构：我们唯一的随机性来源是观测到的生长速率变异。显式的侧向抑制使我们能够检查 $\Delta$patS、$\Delta$hetN 和 $\Delta$patN 表型。我们发现 $\Delta$patS 导致同一代相邻异形胞的出现，而 $\Delta$hetN 仅导致不同代相邻异形胞的出现。在抑制范围缩短的情况下，异形胞间距分布与实验中的 $\Delta$patN 系统相似。此外，还研究了向非零外部固定氮浓度的阶跃下降过程。