Бросок кубика для определения размера клеток в эпидермисе листа растения

Один из центральных вопросов в биологии — как клетка определяет свой размер. Поскольку распределение размеров в ткани часто имеет характерный асимметричный вид, для определения размера клетки может существовать некий стохастический (вероятностный) механизм. Однако лежащий в основе процесс, с помощью которого целевое распределение устанавливается посредством организации клеточной "жеребьёвки", оставался неясным.

Доцент Кэнсукэ Кавадэ из Окадзакского института интегративной биологии и Национального института фундаментальной биологии в сотрудничестве с профессором Хирокадзу Цукая из Высшей школы наук Токийского университета обнаружили, что эндоредупликация (процесс, способствующий увеличению клеток в эпидермальной ткани Arabidopsis thaliana), происходит случайно, как пуассоновский процесс, в течение всего периода созревания клетки.

Это открытие позволило команде эффективно воспроизвести экспериментально измеренную динамику эндоредупликации с помощью простой математической модели. Затем они исследовали, достаточно ли этой модели для объяснения вариаций размера клеток в эпидермальной ткани. Они сгенерировали искусственное распределение размеров клеток, используя математическую модель и учитывая влияние эндоредупликации на определение размера клетки.

Анализ показал, что размер клетки определяется экспоненциальным усилением, зависящим от эндоредупликации, а неоднородность размеров индуцируется пуассоновской динамикой эндоредупликации.

Эти результаты связывают вероятностное свойство динамики эндоредупликации с распределением размеров клеток, предоставляя теоретическую основу для объяснения того, как устанавливается неоднородность размеров внутри листа. Эта работа также внесёт вклад в количественное понимание того, как стохастическая динамика генерирует стабильную биологическую неоднородность.

Результаты исследования были опубликованы в журнале PLOS ONE 19 сентября 2017 года.