2023年2月，英国学者Enrico Coen等在Science上发表了题为“The mechanics of plant morphogenesis”的文章，该研究综合实验分析和计算模型揭示了植物是如何通过细胞壁、细胞和组织水平影响纤维素进而产生复杂的植物形态机制，为当前植物形态发育提供了新见解。

doi : 10.1126/science.ade8055

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植物形态发育的四个水平

图1. 从宏观到微观看植物形态发育

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细胞壁是植物形态发育和多样性的基础，植物组织的抗压能力很大程度上取决于细胞壁中纤维的排列方式。

图2.植物纤维生长一维图

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鉴于细胞壁应力和纤维应力之间成比例，因此可通过随同细胞壁一起变形的细胞成分(如质膜或皮层)的应变来推算纤维的应力。

图3. 植物纤维应力模拟测试

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植物细胞中的半纤维素与纤维表面结合牢固，而果胶与纤维素表面结合较弱，但实验表明，果胶能控制细胞壁硬度。植物形态发育中细胞生长的生长方向取决于细胞壁的三维结构，微纤丝（细胞壁的结构单位）应力最大的方向延申最长。

图4. 植物细胞壁机械式生长示意图

图5. 植物细胞壁生长二维图

图6. 植物细胞壁生长柱状示意图

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多细胞组织的形态发生不仅取决于单个细胞的特性，还取决于它们之间的机械式相互作用，定向组织生长可以通过协调细胞之间的生长各向异性来产生，例如增加细胞壁的延伸性或选择性削弱轴向细胞壁来增强。

图7. 多细胞相互作用

该研究从纤维、细胞壁、细胞和组织水平揭示了植物形态发育的机制，尽管已经概述了该行为发生的基本机制，但很多潜在的分子机制问题仍待解决。同时提出植物形态发育的原理在一定程度上可以扩展到微生物和动物发育研究上。