Merystemy i wzrost roślin

Rośliny rosną z merystemów — samoodnawialnych puli komórek macierzystych znajdujących się na ich wierzchołkach i bokach — które umożliwiają roślinie dodawanie nowych organów i rozrastanie się przez całe życie, co jest strategią wzrostu o otwartym końcu, odmienną od tej u zwierząt.

Definition

Merystemy to obszary niezróżnicowanych, dzielących się komórek, które generują nowe tkanki i organy, a wzrost roślin to zwiększenie rozmiaru i liczby komórek wytwarzanych poprzez ich ciągłą aktywność.

Scope

Ten temat obejmuje merystemy wierzchołkowe pędu i korzenia oraz merystemy boczne, organizację i utrzymanie nisz komórek macierzystych roślin, wzorowanie inicjacji organów, w tym filotaksję, oraz sposób, w jaki podział i ekspansja komórek napędzają wzrost roślin.

Core questions

• Jak zorganizowane są merystemy wierzchołkowe pędu i korzenia?
• W jaki sposób utrzymywana jest stabilna pula komórek macierzystych, podczas gdy komórki są również wykorzystywane do wzrostu?
• W jaki sposób merystemy wzorują regularne ułożenie liści i innych organów?

Key theories

Utrzymanie niszy komórek macierzystych

Pętla sprzężenia zwrotnego między centrum organizującym a leżącymi nad nim komórkami macierzystymi utrzymuje merystem w równowadze, zastępując komórki utracone w wyniku różnicowania, dzięki czemu merystem utrzymuje się w nieskończoność.

Nieokreślony, otwarty wzrost

Ponieważ merystemy są zachowane, rośliny rosną w sposób nieokreślony i modułowy, dodając powtarzające się jednostki i dostosowując swoją architekturę w odpowiedzi na środowisko.

Mechanisms

Merystem wierzchołkowy pędu jest zorganizowany w strefę centralną wolno dzielących się komórek macierzystych, strefę peryferyjną, gdzie inicjowane są organy, oraz leżące pod nią centrum organizujące; sygnalizacja między centrum organizującym a komórkami macierzystymi stabilizuje ich liczbę. Kierunkowy transport auksyny i pola hamujące pozycjonują kolejne zawiązki organów, generując regularne spirale i okółki filotaksji. Sam wzrost łączy zorientowany podział komórek z anizotropową ekspansją komórek napędzaną przez turgor przeciwko kontrolowanemu rozciąganiu ściany komórkowej. Kolekcje mutantów w roślinach modelowych były kluczowe w identyfikacji regulatorów funkcji merystemu.

Clinical relevance

Biologia merystemów leży u podstaw rozmnażania ogrodniczego i kultur tkankowych: kultura wierzchołków merystemów wytwarza rośliny wolne od chorób, a kontrola rozgałęziania i architektury poprzez aktywność merystemów jest celem poprawy plonów i formy upraw.

History

Klasyczna anatomia opisała merystemy wierzchołkowe i ich strefowość; późniejsze eksperymenty mikrochirurgiczne i, decydująco, genetyka molekularna w roślinach modelowych ujawniły sygnalizację, która utrzymuje niszę komórek macierzystych i wzoruje inicjację organów.

Key figures

• Katherine Esau
• Ian Sussex

Seminal works

• taiz2015
• raven2013

Frequently asked questions

Czym jest merystem?

Merystem to obszar niezróżnicowanych, ciągle dzielących się komórek; merystemy wierzchołkowe na końcówkach pędów i korzeni napędzają wydłużanie, podczas gdy merystemy boczne zwiększają grubość, umożliwiając roślinom wzrost przez całe życie.

Dlaczego liście rosną w regularne wzory?

Nowe zawiązki liści tworzą się w miejscach wyznaczonych przez pola hamujące, w dużej mierze z udziałem hormonu auksyny, wokół wierzchołka pędu, tworząc regularne spirale i inne układy znane jako filotaksja.