×

植物组织中生长素运输的数学模型:流量满足信号和生长。 (英语) Zbl 1432.92041号

植物激素生长素依赖于其在植物组织中的异质分布,在植物生长中起着关键作用。生长素运输和生长等发育过程是如何协调以实现实验观察到的生长素的精确模式的,目前尚不清楚。在这里,我们使用数学模型来研究生长素动态和生长之间的相互作用,以及它们对植物组织中生长素分布模式形成的贡献。导出了描述植物组织中生长素相关信号通路、PIN和AUX1动力学、生长素转运和细胞生长的数学模型。我们模型的一个关键假设是通过生长素反应的ARF-Aux/IAA信号通路调节PIN蛋白,并通过ARF上调PIN生物合成。对模型进行了分析和数值求解,以检查其长期行为和生长素分布。生长素相关信号传递过程的改变能够触发生长素分布中通道型和点型模式之间的转换。该模型还能够生成生长素信号通路成分水平上具有振荡动力学的孤立细胞,这可以解释实验观察到的ARF靶水平上的振荡。细胞生长对PIN极化和生长素分布模式的测定有影响。数值模拟结果表明,与生长素相关的信号传递过程可以解释植物组织中观察到的生长素分布的不同模式,而生长素运输和生长之间的相互作用可以解释植物根尖上观察到的“反向”生长素分配模式。

MSC公司:

92C45型 生化问题中的动力学(药代动力学、酶动力学等)
92C80型 植物生物学
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] 阿巴斯。;本杰明斯,R。;北卡罗来纳州马莱尼察。;帕西奥雷克,T。;Wi-sh niewska,J。;Mouliner-Anzola,Jc;Sieberer,T。;Friml,J。;Luschnig,C.,拟南芥生长素-富勒克斯因子PIN2的细胞内运输和蛋白水解与根系向重力性有关,Nat Cell Biol,8,3,249-256(2006)·doi:10.1038/ncb1369
[2] Allen HR(2019)Hallen/auxin运输模型。10.5281/zenodo.3263745
[3] 波段,Lr;水井,Dm;Ja Fozard;Ghetiu,T。;法语,Ap;磅,Mp;马里兰州威尔逊;Yu,L。;李伟(Li,W.)。;Hijazi,你好;哦,J。;皮尔斯,Sp;Perez-Amador,Ma;Yun,J。;Kramer,E。;阿隆索,Jm;戈丁,C。;弗努,T。;霍奇曼,Tc;Pridmore,Tp;Swarup,R。;小金;Bennett,Mj,《拟南芥根尖生长素运输的系统分析》,《植物细胞》,26,862-875(2014)·doi:10.1105/tpc.113.119495
[4] 本科娃,E。;Michniewicz,M。;Sauer,M。;Teichmann,T。;Seifertová,D。;Jürgens,G。;Friml,J.,作为植物器官形成的一个常见模块的局部、流出依赖性生长素梯度,细胞,115591-602(2003)·doi:10.1016/S0092-8674(03)00924-3
[5] 比德隆,M。;Banasiak,A.,拟南芥叶片中生长素介导的维管模式调控,植物细胞代表,37,9,1215-1229(2018)·doi:10.1007/s00299-018-2319-0
[6] 毕晓普,A。;Lehesranta,S。;瓦滕,A。;帮助,H。;El-Showk,S。;谢尔斯,B。;Helariutta,K。;Mähönen,阿普;Sakakibara,H。;Helariutta,Y.,Phloem转运的细胞分裂素调节极性生长素运输并维持根分生组织中的血管模式,Curr Biol,21,11,927-932(2011)·doi:10.1016/j.cub.2011.04.049
[7] 陈,X。;Naramoto,S。;罗伯特,S。;Tejos,R。;Löfke,C。;Lin,D。;杨,Z。;Friml,J.,ABP1和ROP6 GTPase信号调节拟南芥根中氯菊酯介导的内吞作用,Curr Biol,22,14,1326-1332(2012)·doi:10.1016/j.cub.2012.05.020
[8] 陈,X。;Grandont,L。;李,H。;Hauschild,R。;帕克,S。;Abuzeineh,A。;拉库索娃,H。;Benkova,E。;Perrot-Rechenmann,C。;Friml,J.,通过ABP1介导的生长素对微管的快速作用抑制细胞膨胀,《自然》,516,7529,90-93(2014)·doi:10.1038/nature13889
[9] Cheng,Y。;戴,X。;Zhao,Y.,YUCCA黄素单加氧酶合成生长素控制拟南芥花器官和维管组织的形成,Genes Dev,20,13,1790-1799(2006)·数字对象标识代码:10.1101/gad.1415106
[10] Cieslak,M。;Runions,A。;Prusinkiewicz,P.,《单向通量的生长素驱动模式》,J Exp Bot,66,16,5083-5102(2015)·doi:10.1093/jxb/erv262
[11] 德斯梅特,I。;Tetsumura,T。;De Rybel,B。;弗雷·迪特·弗雷,N。;拉普拉泽,L。;卡西米罗,I。;Swarup,R。;Naudts,M。;Vannester,S。;奥德纳特,D。;Inzé,D。;Mj Bennett;Beeckman,T.,《拟南芥基部分生组织侧根定位的生长素依赖性调节》,《发育》,134,4,681-690(2007)·doi:10.1242/dev.02753
[12] 北卡罗来纳州达尔马西里。;Dharmasiri,S。;Estelle,M.,《F盒蛋白TIR1是一种生长素受体》,《自然》,435,441-445(2005)·doi:10.1038/nature03543
[13] Dhooge,A。;Govaerts,W。;雅库兹涅佐夫;Meijer,汞;Sautois,B.,动力系统分岔分析软件matcont的新特性,MCMDS,14,2,147-175(2008)·兹比尔1158.34302 ·doi:10.1080/13873950701742754
[14] Doerner,P.,《植物根系:再生生长素激发图案和生长》,《Curr Biol》,18,2,R72-R74(2008)·doi:10.1016/j.cub.2007.11.048
[15] 小杜布罗夫斯基;Sauer,M。;Napsucialy-Mendivil,S。;伊万琴科,镁;Friml,J。;Shishkova,S。;塞伦萨,J。;Benková,E.,生长素作为一种局部形态发生触发因子来指定侧根创始细胞,PNAS,105,25,8790-8794(2008)·doi:10.1073/pnas.0712307105
[16] Feller,C。;Farcot,E。;Mazza,C.,《植物维管系统的自组织:关于基于通量的生长素运输模型的主张和反诉》,《公共科学图书馆·综合》,10,3,e0118238(2015)·doi:10.1371/journal.pone.0118238
[17] 芬德里奇,M。;Akhmanova,M。;梅林,J。;Glanc,M。;Hagihara,S。;高桥,K。;北内田。;库托里;Friml,J.,TIR1生长素信号对快速可逆根系生长的抑制,《自然植物》,4,7,453-459(2018)·doi:10.1038/s41477-018-0190-1
[18] 冯,M。;Kim,Jy,《重温由辅助蛋白结合蛋白1介导的质外生长素信号转导》,Mol Cells,38,10,829-835(2015)·doi:10.14348/molcells.2015.0205
[19] 费吉尔,Fg;Mochizuki,A。;Iwasa,Y.,《植物叶片中维管系统的自组织:生长素通量和载体蛋白的相互依赖动力学》,《Theor Biol杂志》,236366-375(2005)·Zbl 1442.92099号 ·doi:10.1016/j.jtbi.2005.03.017
[20] Fujita,H。;Mochizuki,A.,通过生长素流和生长素外排载体之间的正反馈调节形成叶脉的模式,《Theor Biol杂志》,241,3541-551(2006)·Zbl 1447.92040号 ·doi:10.1016/j.jtbi.2005.12.016
[21] 高,Y。;Zhang,Y。;张,D。;戴,X。;埃斯特尔,M。;Zhao,Y.,生长素结合蛋白1(ABP1)不是生长素信号或拟南芥发育所必需的,PNAS,112,7,2275-2280(2015)·doi:10.1073/pnas.1500365112
[22] 格里尼森,V。;徐,J。;阿富汗人马雷;Hogeweg,P。;Scheres,B.,生长素运输足以产生引导根系生长的最大和梯度,Nature,4491008-1013(2007)·doi:10.1038/nature06215
[23] 韩,X。;Hyun,Tk;张,M。;库马尔,R。;Koh、Ej;Kang,Bh;卢卡斯,Wj;Kim,Jy,生长素介导的胞间膜门控对热带生长素梯度形成和信号传递至关重要,Dev Cell,28,132-146(2014)·doi:10.1016/j.devcel.2013.12.008
[24] Y.Hayakawa。;Tachikawa,M。;Mochizuki,A.,植物发育中生长素和针动力学对维管和斑点模式机制的数学研究,《Theor Biol杂志》,365,12-22(2015)·Zbl 1405.92010年 ·doi:10.1016/j.jtbi.2014.09.030
[25] 海斯勒,镁;Jönsson,H.,生长素运输和植物发育建模,《植物生长管理杂志》,25,302-312(2006)·文件编号:10.1007/s00344-006-0066-x
[26] 埃尔南德斯·埃尔南德斯,V。;Barrio,Ra;贝尼特斯,M。;Nakayama,北卡罗来纳州。;小罗梅罗·阿里亚斯;Villarreal,C.,生长素外排载体PIN-FORMED(PIN)极化的物理遗传模块,《生物物理》,15036002(2018)·doi:10.1088/1478-3975/aac99
[27] Hindmarsh,Ac,Odepack,ODE解算器的系统化集合,IMACS Trans-Sci-Comput,155-64(1983)
[28] Homann,U.,浆膜材料的融合和裂变适应渗透诱导的保卫细胞原生质体表面积的变化,Planta,206,2,329-333(1998)·doi:10.1007/s004250050408
[29] Jones E、Oliphant T、Peterson P等人(2001-)SciPy:Python的开源科学工具。http://www.scipy.org/。2017年2月13日访问
[30] Jönsson,H。;海斯勒,镁;贝·夏皮罗;Em Meyerowitz;Mjolsness,E.,一种生长素驱动的叶序极化传输模型,PNAS,103,5,1633-1638(2006)·doi:10.1073/pnas.0509839103
[31] Kepinski,S。;Leyser,O.,《拟南芥F-box蛋白TIR1是一种生长素受体》,《自然》,435446-451(2005)·doi:10.1038/nature03542
[32] Kleine-Vehn,J。;Friml,J.,生长素依赖性植物发育中的极性靶向和内吞再循环,《Ann Rev Cell Dev Biol》,24447-473(2008)·doi:10.1146/annurev.cellbio.24.110707.175254
[33] 科罗弗,Ra;Koevoets,It;Testerink,C.,《压力期间变形:生长素的关键作用》,《植物科学趋势》,23,9,783-793(2018)·doi:10.1016/j.tplants.2018.05.011
[34] 拉维,M。;Estelle,M.,生长素信号机制,发育,143,18,3226-3229(2016)·doi:10.1242/dev.131870
[35] Leyer,O.,生长素分布和植物图案形成:有多少天使可以在PIN点上跳舞?,细胞,121819-822(2005)·doi:10.1016/j.cell.2005.06.005
[36] Leyser,O.,《生长素信号》,《植物生理学》,176465-479(2018)·doi:10.1104/pp.17.00765
[37] 李,Z。;张,X。;Zhao,Y。;李毅。;张,G。;彭,Z。;Zhang,J.,《增强玉米根尖生长素积累提高根系生长和矮化植株高度》,《植物生物技术杂志》,16,86-99(2018)·doi:10.1111/pbi.12751
[38] 马哈瓦,P。;Ael Bassukas;Zoureldou,M。;科尔布,M。;莫雷特,B。;Fastner,A。;Wx Schulze;Cattaneo,P。;乌兹·哈姆斯(Uz Hammes);施韦希海默,C。;Hardtke,Cs,A分子变阻器调节生长素通量以促进根原韧皮部分化,Nature,558297-300(2018)·数字对象标识代码:10.1038/s41586-018-0186-z
[39] 梅勒,N。;阿迪比,M。;El-Showk,S。;De Rybel,B。;金·J。;梅赫嫩,阿普省;Weijers,D。;Bishopp,A.,《理解根血管模式的理论方法:最新模型之间的共识》,J Exp Bot,68,1,5-16(2017)·doi:10.1093/jxb/erw410
[40] 默克斯,Rm;De Peer,Yv;Inzé,D。;Beemster,Gt,《无通量传感器的渠化:行波假说》,《植物科学趋势》,12,9,384-390(2007)·doi:10.1016/j.tplants.2007.08.004
[41] 美国米德尔顿;小金;Mj Bennett;Owen先生,aux/iaa负反馈回路的数学建模,Bull Math Biol,7211383-1407(2010)·Zbl 1198.92005号 ·doi:10.1007/s11538-009-9497-4
[42] 米罗诺娃,Vv;Omelyanchuk,钠;尤西卜,G。;法迪夫,Si;Na Kolchanov;Mjolsness,E。;Likhoshvai,Va,生长素沿着发育根形成模式的合理机制,BMC系统生物学,4,98(2010)·doi:10.1186/1752-0509-4-98
[43] Muraro,D。;Byrne,H。;金·J。;Bennett,M.,《生长素和细胞分裂素信号在确定拟南芥根系结构中的作用》,《Theor生物学杂志》,31771-86(2013)·Zbl 1368.92071号 ·doi:10.1016/j.jtbi.2012.08.032
[44] 冈田,K。;上田,J。;马萨诸塞州Komaki;贝尔,Cj;Shimura,Y.,《拟南芥花芽形成早期对生长素极性运输系统的需求》,《植物细胞》,3677-684(1991)·doi:10.1105/tpc.3.7.677
[45] Ongaro,V。;Leyser,O.,芽分枝的激素控制,《实验生物学杂志》,59,1,67-74(2008)·doi:10.1093/jxb/erm134
[46] Overvoorde,P。;Fukaki,H。;Beeckman,T.,生长素对根系发育的控制,《冷泉港展望生物》,2,a001537(2010)·doi:10.1101/cshperspect.a001537
[47] Paciorek,T。;扎日·伊马洛娃,E。;Ruthardt,N。;彼得亚舍克,J。;斯蒂尔霍夫,Yd;Kleine-Vehn,J。;达·莫里斯;埃曼斯,N。;Jüngens,G。;Geldner,N。;Friml,J.,《生长素抑制内吞并促进其自身从细胞中流出》,《自然》,435,1251-1256(2005)·doi:10.1038/nature03633
[48] Pelagio-Flores,R。;Ruiz-Herrera,Lf;López Bucio,J.,血清素通过活性氧和茉莉酸乙烯信号的变化调节拟南芥根系生长,Physiol Plant,158,92-105(2016)·doi:10.1111/pl.12429
[49] 彼得森,Sv;艾·约翰逊;科瓦尔奇克,M。;Makoveychuk,A。;王,Jy;莫蒂兹,T。;Grebe,M。;Benfey,Pn;桑德伯格,G。;Ljung,K.,《IAA分布和合成的高分辨率细胞特异性分析显示的拟南芥根尖生长素梯度和最大值》,《植物细胞》,211659-1668(2009)·doi:10.1105/tpc.109.066480
[50] Petzold,L.,求解刚性和非刚性常微分方程组方法的自动选择,SIAM科学统计计算杂志,4,1,136-148(1983)·Zbl 0518.65051号 ·doi:10.1137/0904010
[51] 莱因哈特,D。;Mandel,T。;Kuhlemeier,C.,《生长素调节植物侧器官的起始和径向位置》,《植物细胞》,12507-518(2000)·doi:10.1105/tpc.12.4.507
[52] 罗伯特·S。;Kleine-Vehn,J。;Barbez,E。;Sauer,M。;Paciorek,T。;Baster,P。;Vannester,S。;张杰。;西蒙,S。;乔瓦诺娃,M。;Hayashi,K。;Dhonukhe,P。;杨,Z。;贝德纳雷克,Sy;美国琼斯;Luchsnig,C。;Aniento,F。;扎日马洛娃,E。;Friml,J.,ABP1介导拟南芥中氯菊酯依赖性内吞的生长素抑制,细胞,143111-121(2010)·doi:10.1016/j.cell.2010.09.027
[53] Rubery,Ph;Sheldrake,Ar,载体介导的生长素运输,植物,118101-121(1974)·doi:10.1007/BF00388387
[54] Sabatini,S。;Beis,D。;Wolkenfelt,H。;Murfett,J。;吉尔福耶,T。;Malamy,J。;Benfeyn,P。;O.莱瑟。;北贝奇托尔德。;魏斯贝克,P。;Scheres,B.,拟南芥根中依赖于生长素的模式和极性远端组织者,Cell,99463-472(1999)·doi:10.1016/S0092-8674(00)81535-4
[55] Salehin先生。;巴基,R。;Estelle,M.,SCF^基于TIR1/AFB的生长素感知:植物生长发育的机制和作用,《植物细胞》,27,9-19(2015)·文件编号:10.1105/tpc.114.133744
[56] Sauer,M。;Balla,J。;Luschnig,C。;Wi-sh niewska,J。;雷诺尔,V。;Friml,J。;Benková,E.,Aux/IAA-ARF依赖性PIN极性反馈调节生长素流的渠化,基因开发,202902-2911(2006)·数字对象标识代码:10.1101/gad.390806
[57] 森古普塔博士。;Reddy,Ar,《简化根系动力学:从复杂的激素-环境相互作用到特定的根系结构调控》,《植物生长规律》,85,337-349(2018)·doi:10.1007/s10725-018-0397-1
[58] 斯托马,S。;卢卡斯,M。;乔帕德,J。;Schaedel,M。;特拉斯·J。;Godin,C.,基于通量的运输增强作为生长素运输在分生组织发育中的合理统一机制,《公共科学图书馆·计算生物学》,4,10,e1000207(2008)·doi:10.1371/journal.pcbi.1000207
[59] Swarup,R。;Friml,J。;Marchant,A。;Ljung,K。;桑德伯格,G。;Palme,K。;Bennett,M.,生长素透性酶AUX1的定位表明拟南芥根尖有两条功能不同的激素运输途径,Genes Dev,15,2648-2653(2001)·doi:10.1101/gad.210501
[60] Swarup,R。;克莱默,埃姆;佩里,P。;诺克斯,K。;Leyser,Ho;哈塞洛夫,J。;比姆斯特,Gt;巴莱罗,R。;Bennett,Mj,《根系向重力性需要侧根帽和表皮细胞来运输和响应可移动的生长素信号》,Nat Cell Biol,7,11,1057-1065(2005)·doi:10.1038/ncb1316
[61] Tan,X。;Calderon-Villalobos,Lia;沙龙,M。;郑,C。;罗宾逊,Cv;埃斯特尔,M。;Zheng,N.,TIR1泛素连接酶感知生长素的机制,《自然》,446640-645(2007)·doi:10.1038/nature05731
[62] Van Berkel,K。;De Boer,Rj;谢尔斯,B。;Ten Tusscher,K.,《极地生长素运输:模型和机制》,《发展》,140,2253-2268(2013)·doi:10.1242/dev.079111
[63] 维也纳,A。;Vannester,S。;Wi-sh niewska,J。;本科娃,E。;本杰明斯,R。;Beeckman,T。;Luschnig,C。;Friml,J.,PIN蛋白的功能冗余伴随着对PIN表达的生长素依赖性交叉调节,Development,132,4521-4531(2005)·doi:10.1242/日期:027年2月2日
[64] Wabnik,K。;Kleine-Vehn,J。;Balla,J。;Sauer,M。;Naramoto,S。;雷诺尔,V。;默克斯,Rm;Govaerts,W。;Friml,J.,细胞内和细胞外生长素信号协同作用引起的组织极化的出现,Mol Syst Biol,6447(2010)·doi:10.1038/msb2010.103
[65] Wakel,A。;阿里,I。;乌普雷蒂,S。;阿齐齐拉,A。;刘,B。;汗,Ar;黄,L。;吴,M。;Gan,Y.,乙烯通过改变拟南芥中aux1的表达和生长素积累来介导重铬酸盐诱导的初生根生长抑制,植物细胞环境,411453-1467(2018)·doi:10.1111/pce.13174
[66] Wan,J。;张,P。;Sun,L。;李,S。;王,R。;周,H。;Wang,W。;Xu,J.,活性氧物种和生长素参与5-羟色胺诱导的初生根伸长抑制,植物生理学杂志,229,89-99(2018)·doi:10.1016/j.jplph.2018.07.004
[67] Wan,J。;张,P。;王,R。;Sun,L。;Wang,W。;周,H。;Xu,J.,UV-B辐射通过类黄酮介导的生长素途径诱导拟南芥根系弯曲,前沿植物科学,9618(2018)·doi:10.3389/fpls.2018.00618
[68] 王,R。;Estelle,M.,《多样性和特异性:通过TIR1/AFB途径的生长素感知和信号传递》,《Curr Opin植物生物学》,21,51-58(2014)·doi:10.1016/j.pbi.2014.06.006
[69] Yang,Y。;乌兹·哈姆斯(Uz Hammes);Cg泰勒;Schachtman博士;Nielsen,E.,AUX1内流载体蛋白的高亲和力生长素转运,Curr Biol,1611123-1127(2006)·doi:10.1016/j.jcub2006.04.029
[70] Zhang,Dj;Yang,Yj;刘,Cy;张,F。;胡,W。;龚,Sb;Wu,Qs,Auxin通过其信号通路调节柑橘的生根生长,科学与技术,23673-78(2018)·doi:10.1016/j.scienta.2018.03.038
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。