Cauliflower fractal forms arise from perturbations of floral gene networks

Autor: Martin M. Kater, François Parcy, Christophe Godin, Desmond Bradley, Etienne Farcot, Nathanaël Prunet, Antonio Serrano-Mislata, Veronica Gregis, Marie Le Masson, C. Giménez, Jérémy Lucas, Eugenio Azpeitia, Francisco Madueño, Gabrielle Tichtinsky
Přispěvatelé: Reproduction et développement des plantes (RDP), École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Régulateurs du développement de la fleur (Flo_RE ), Physiologie cellulaire et végétale (LPCV), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA), Dynamiques Chromatiniennes et Transitions Développementales (ChromDev), Consejo Superior de Investigaciones Científicas [Madrid] (CSIC), Dipartimento di Bioscienze [Milano], Università degli Studi di Milano = University of Milan (UNIMI), California Institute of Technology (CALTECH), Department of Molecular, Cell and Developmental Biology [Los Angeles], University of California [Los Angeles] (UCLA), University of California (UC)-University of California (UC), School of Mathematical Sciences [Nottingham], University of Nottingham, UK (UON), John Innes Centre [Norwich], Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC), Simulation et Analyse de la morphogenèse in siliCo (MOSAIC), Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), INRAE Caulimodel project, Inria Project Lab Morphogenetics, Biotechnology and Biological Sciences Research Council BBSRC, Spanish Ministerio de Ciencia Innovación and FEDER (grant no. PGC2018-099232-B-I00), ANR-07-BSYS-0002,FLOWER MODEL,Modélisation de la croissance et de la régulation des gènes dans les organes floraux(2007), ANR-10-LABX-0049,GRAL,Grenoble Alliance for Integrated Structural Cell Biology(2010), ANR-17-EURE-0003,CBH-EUR-GS,CBH-EUR-GS(2017), European Project: 773875,H2020,ROMI(2017), École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP), Universitat Politècnica de València (UPV)-Consejo Superior de Investigaciones Científicas [Madrid] (CSIC), Università degli Studi di Milano [Milano] (UNIMI), University of California-University of California
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Science
Science, 2021, 373 (6551), pp.192-197. ⟨10.1126/science.abg5999⟩
Science, American Association for the Advancement of Science, 2021, 373 (6551), pp.192-197. ⟨10.1126/science.abg5999⟩
RiuNet. Repositorio Institucional de la Universitat Politécnica de Valéncia
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ISSN: 0036-8075
1095-9203
DOI: 10.1126/science.abg5999
Popis: [EN] Throughout development, plant meristems regularly produce organs in defined spiral, opposite, or whorl patterns. Cauliflowers present an unusual organ arrangement with a multitude of spirals nested over a wide range of scales. How such a fractal, self-similar organization emerges from developmental mechanisms has remained elusive. Combining experimental analyses in an Arabidopsis thaliana cauliflower-like mutant with modeling, we found that curd self-similarity arises because the meristems fail to form flowers but keep the "memory" of their transient passage in a floral state. Additional mutations affecting meristem growth can induce the production of conical structures reminiscent of the conspicuous fractal Romanesco shape. This study reveals how fractal-like forms may emerge from the combination of key, defined perturbations of floral developmental programs and growth dynamics.
This work was supported by the INRAE Caulimodel project (to F.P. and C.Go.); Inria Project Lab Morphogenetics (to C.Go., E.A., and F.P.); the ANR BBSRC Flower model project (to F.P. and C.Go.); the GRAL LabEX (ANR-10-LABX-49-01) within the framework of the CBH-EUR-GS (ANR-17-EURE-0003) (to F.P., G.T., M.L.M., and J.L.); the EU H2020 773875 ROMI project (to C.Go.); and the Spanish Ministerio de Ciencia Innovacion and FEDER (grant no. PGC2018-099232-B-I00 to F.M.).
Databáze: OpenAIRE
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