在不断变化的环境中，生物体可以决定改变自己的状态以提高适应性。就植物而言，这些决定以关键发育转变的形式出现，如开花、种子休眠的解除和芽休眠的打破。以准确而有力的方式做出这些决定的能力对个体的生存至关重要。经过几十年的遗传学研究，对植物细胞中分子尺度的信号传导有了广泛的了解，为细胞如何做出决定提供了重要的见解。就多细胞生物而言，支撑有机体适应性的不是单个细胞，而是细胞群落的集体行为。因此，组织的组成细胞必须以一致的方式行动，以实现器官和有机体的高级功能。虽然植物组织中的细胞决策发生在单个细胞内，但这些决策通过一系列信号分子传递给邻近细胞。通过这种方式，细胞做出的个体决定可以在器官尺度上得到协调。这方面的一个例子是发育阶段的转变(即向开花的转变)，这是由许多细胞共同作用的集体决定所介导的组织规模事件。这些过程不同于形态发生过程，后者导致细胞模式的构建和器官的形成，因为它们代表了器官完全形成后信息是如何在器官内处理的。然而，在植物中实现这一目标的方式尚不清楚;因此，在这篇评论文章中，作者强调并解决了我们知识中的这一差距，并提出了可能发生此类决策的方法。
植物缺乏专门的细胞，动物的神经系统就是一个例子，它在决策过程中实施集中控制。例如，茎尖分生组织(SAM)中的单个细胞不能决定顶端向花过渡的过程;相反，这是所有组成细胞之间的集体决策(图1)。因此，植物具有“分散”或“分布式”的信息处理架构。在不同的生物系统中，如何在没有集中决策系统的情况下达成集体决策已经被探索过，但这是如何在植物器官的细胞中实现的仍然不太清楚。
图1.单细胞和组织中的个体与集体决策。
研究多细胞植物中器官尺度的信息处理和集体紧急决策是如何发生的，可能会从研究其他发生类似过程的系统中受益。参考一个例子：基于分布式微处理器的计算。虽然植物不是计算机，也不进行“计算”，但从这样的比较中可以得到理解集体多细胞信息过程的潜力。输入和输出的性质在计算机中有很好的定义，类似的特征可以应用于植物。在植物中，输入代表来自环境的信号，这些信号经过处理并以发育转变的形式转化为输出。包含相关信息的环境信号是在植物器官的成熟结构中被感知和处理的。这些信号的感知和处理发生在不同尺度的单个细胞内(图2)。然而，多细胞组织的分布特性表明，细胞必须协调一致，才能在器官尺度上经历发育转变和细胞身份的集体改变。
图2.不同尺度的信息处理。
为了探索植物多细胞器官中的决策是如何出现的，可以考虑信息处理的尺度范围(图2)，如下所述。
在细胞内，信息是通过不同种类分子之间的分子相互作用来处理的。这些包括基因调控网络(GRNs)(蛋白质DNA相互作用)、生化反应(蛋白质-代谢物-脂质相互作用)和染色质修饰(图2A，B)。这些小规模的相互作用有能力进行逻辑运算，包括与、或非和异或逻辑门，提供了一种处理信息和调节细胞功能和细胞决策的方法。
植物细胞中的膜结合细胞器可以通过充当分离的隔室来执行不同的功能，这些隔室隔离生化和信号过程。细胞稳态来自于这些区室之间的功能、活动和相互作用(图2C)。鉴于它们在植物细胞中的丰富性，它们的功能和相互作用也可以被认为是分布式信息处理发生的尺度。植物器官内相互作用的例子包括线粒体之间的分子交换，叶绿体之间通过基质细胞的分子交换，以及不同细胞器之间通过逆向信号的分子交换。
植物器官的多细胞性质使得组织规模的信息处理成为从单个细胞活动的集体行为中产生的一种新兴特性。这可以比作并行分布式计算，单个细胞中的过程做出决定，导致移动分子因子的产生，这些因子通过细胞间通信与相邻细胞进行通信并影响相邻细胞(图2D)。通过这种方式，单个细胞的活动被耦合，并可以通过细胞通信导致统一的器官规模的决定。
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1360138523003655?via%3Dihub
文章来源：植物生物技术Pbj
