组织力学的反馈自组织植物器官高效向外生长

植物器官向外生长表面上看似细胞片层的连续机械变形。然而，在向外生长过程中，作为独立机械实体的细胞如何可靠且高效地将组织塑造成三维结构仍令人困惑，尤其在植物细胞紧密连接的组织中。在植物中，组织内细胞的力学定义尤为明确，因为单个细胞生长本质上是细胞壁在内部膨压作用下的机械屈服。细胞壁刚度受生物信号调控，因此观察到细胞生长会对组织内积累的机械应力作出响应。在组织三维形态发生过程中，机械反馈的作用是什么？在此，我们开发了三维顶点模型，以研究植物茎尖器官向外生长起始时的组织力学。我们发现器官高度主要由启动器官的快速生长细胞与其周围慢速生长细胞的生长速率之比决定。值得注意的是，当细胞生长响应组织范围的机械应力时，向外生长速率更高。我们对模拟数据的定量分析表明，组织力学对细胞生长的反馈可通过双重机制起作用。首先，反馈引导细胞生长模式。其次，反馈改变细胞上的应力模式，从而放大并传播生长各向异性。该机制可能使植物通过重组细胞生长而非提高生长速率，从分生组织中高效长出器官。