Differential growth and shape formation in plant organs

花瓣 形态发生 植物生长 生物系统 植物发育 差速器(机械装置) 植物进化 多样性(控制论) 观点 生物 生化工程 计算机科学 人工智能 植物 物理 工程类 基因组 基因 生物化学 声学 热力学
作者
Changjin Huang,Zilu Wang,David Quinn,Subra Suresh,K. Jimmy Hsia
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:115 (49): 12359-12364 被引量:90
标识
DOI:10.1073/pnas.1811296115
摘要

Significance Plant leaves and flower petals in nature exhibit a wide variety of complex 3D shapes. Formation of these shapes has largely been studied from genetic and biomolecular viewpoints, overlooking contributions from biophysical factors such as mechanical stress and deformation. By means of computational simulations and quantitative analyses of the growth strains in live plant organs, we develop fundamental mechanistic insights into how nature invokes mechanics in the evolution of four commonly found shapes in plant organs by differential growth. We also demonstrate how these common shapes can be synthetically reproduced in hydrogel using this mechanistic understanding. Our study provides a broad scientific framework for rationalizing plant organ morphogenesis, but also provides pathways for generating bioinspired 3D architectures in soft materials.
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