植物の主要な血管構造の開発と配置のモデリング

背景と目的：植物の血管発達のプロセスは、特徴的な空間配置で植物全体に走る特定の一連のバンドルの形成をもたらします。プロカンビウム、師部、木部の仕様に関与する遺伝子については多くのことが知られていますが、そのような組織の放射状配置の発達を定義する動的なプロセスと相互作用はとらえどころのないままです。 方法：この研究では、一連の論理的および機能的ルールを定義する空間的に明示的な反応拡散モデルを提示し、プロカンビウム、師部、木部、およびその空間パターンの分化をシミュレートしています。 重要な結果：シミュレーション結果は、モデルが植物で観察されたほとんどの血管パターンを再現できることを示しました。単一の血管束（プロトステル）で構成された原始的で単純な構造から、より複雑で進化した構造、分離された血管束が配置されたより複雑で進化した構造までプラントセクション内の順序付けられたパターン（Eusteleなど）。 結論：提示された結果は、概念の証明として、一般的な遺伝子分子機構が植物の血管発達の異なる空間パターンの基礎となる可能性があることを示しています。さらに、このモデルは、血管組織の仕様に関与する遺伝的および分子的相互作用のさまざまな仮説をテストするための有用なツールになる可能性があります。

BACKGROUND AND AIMS: The process of vascular development in plants results in the formation of a specific array of bundles that run throughout the plant in a characteristic spatial arrangement. Although much is known about the genes involved in the specification of procambium, phloem and xylem, the dynamic processes and interactions that define the development of the radial arrangement of such tissues remain elusive. METHODS: This study presents a spatially explicit reaction-diffusion model defining a set of logical and functional rules to simulate the differentiation of procambium, phloem and xylem and their spatial patterns, starting from a homogeneous group of undifferentiated cells. KEY RESULTS: Simulation results showed that the model is capable of reproducing most vascular patterns observed in plants, from primitive and simple structures made up of a single strand of vascular bundles (protostele), to more complex and evolved structures, with separated vascular bundles arranged in an ordered pattern within the plant section (e.g. eustele). CONCLUSIONS: The results presented demonstrate, as a proof of concept, that a common genetic-molecular machinery can be the basis of different spatial patterns of plant vascular development. Moreover, the model has the potential to become a useful tool to test different hypotheses of genetic and molecular interactions involved in the specification of vascular tissues.