生长细菌种群中倾斜诱导的极性序与拓扑缺陷

杆状细菌（如大肠杆菌）通常以丘状菌落的形式生活。它们最初在表面上进行二维生长，最终实现三维生长。尽管最近有报道称，在游动细菌种群中三维生长由卷绕数 $+1/2$ 的拓扑缺陷促进，但在非游动情况下细胞排列的作用在很大程度上未知。在此，我们研究拓扑缺陷在非游动大肠杆菌种群菌落形成过程中的相关性，发现 $\pm 1/2$ 拓扑缺陷均有助于三维生长。通过分析菌落底层的细胞流动，我们观察到在菌落生长初期，$+1/2$ 缺陷吸引细胞、$-1/2$ 缺陷排斥细胞，与先前关于游动细胞的研究一致。然而随后，细胞也逐渐流向 $-1/2$ 缺陷，呈现出与现有认知的鲜明对比。借助共聚焦显微镜考察三维细胞取向，我们发现缺陷附近细胞存在强烈的垂直倾斜。关键在于，这导致在原本向列型的二维细胞取向中出现了极性序。我们通过纳入该极性序与垂直倾斜，推广了活性向列理论，并借助极性诱导力成功解释了朝向 $-1/2$ 缺陷的流入。我们的工作揭示，三维细胞取向可能导致活性向列性质（尤其是拓扑缺陷性质）的剧烈变化，这可能普遍适用于由细胞生长而非自推进驱动的活性物质系统。