陕西
近日，华中农业大学陈春丽教授与英国杜伦大学Keith Lindsey教授、Junli Liu博士合作在Trends in Plant Science上发表了题为Necessity for modeling hormonal crosstalk in arabidopsis root development?的文章，首次提出了一个新的研究方向，即利用激素串扰建模来解决超越实验观察的植物根发育的深层次问题。
植物激素在植物根发育中起着至关重要的作用。每种激素的活性不能独立于其他激素而变化。需要开发数学模型来全面理解它们的相互作用。该观点文章探讨了模拟拟南芥根发育中激素串扰的必要性，提出了通过建模和人工智能可以深入研究根发育中关于激素串扰一系列重要问题的新见解，主要包括以下：细胞分裂素和乙烯对生长素生物合成的调节是否是生长素、细胞分裂素和乙烯同时形成分布模式所必需的？特定PIN的表达模式在其他PIN突变体中是如何变化的，它在生长素、细胞分裂素和乙烯的分布模式中起着什么作用？乙烯相关基因表达的模式与激素串扰有何关系？
该文章建议开发一个综合模型来整合所有实验数据，以解析根系生长的机制。在拟南芥根发育过程中，每种激素都有自己的生物合成、运输和代谢途径。因此，多种激素之间的相互作用发生在基因表达、信号转导和代谢的各个层面。模拟多种激素之间的串扰需要整合这些不同的调控成分。因此，串扰模型是一个整合了信号传导、运输、基因表达和代谢的多层次模型，可以作为一个综合系统进行分析。此外，根据研究目标，还可以在不同层次上提取模型的不同模块。图1总结了该观点文章首次提出的研究方法。
图1 一个用于整合所有实验数据的激素串扰模型开发的示意图
此研究方法基于该科研合作团队于2017年12月发表在《Molecular Plant》 文章中总结的拟南芥根中生长素、细胞分裂素和乙烯之间复杂相互作用以及构建的拟南芥植物数字根模型（图2）。阐明拟南芥根中生长素和细胞分裂素的同时分布中需要采用这种系统生物学方法。该团队进一步合作建立了拟南芥根中乙烯介导的生长素与细胞分裂素分布的预测模型，于2024年3月发表于《Plant Communication》 （Moore et al 2024）。
图2 基于实验数据建立的拟南芥植物数字根 （Liu et al 2017）
参考文献：
1 Liu J, Moore S, Chen C, Lindsey K. Crosstalk Complexities between Auxin, Cytokinin, and Ethylene in Arabidopsis Root Development: From Experiments to Systems Modeling, and Back Again. Mol Plant. 2017 Dec 4;10(12):1480-1496.
2 Moore S, Jervis G, Topping JF, Chen C, Liu J, Lindsey K. A predictive model for ethylene-mediated auxin and cytokinin patterning in the Arabidopsis root. Plant Commun. 2024 Jul 8;5(7):100886.
https://authors.elsevier.com/sd/article/S1360-1385(25)00043-3
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