本文转载自北京师范大学文理学院公众号
近日，文理学院系统科学系狄增如、刘宇团队在国际权威期刊《iScience》发表了一篇题为《The “weaken-fill-repair” model for cell budding: linking cell wall biosynthesis with mechanics》的研究论文。该模型为细胞出芽繁殖的理解提供了新视角，并提供了一个在系统水平上定量描述细胞形态变化的方法。
论文提出了一个weaken-fill-repair的数学模型，把新生细胞壁合成过程与形变力学连接起来，定量刻画出酵母出芽繁殖的过程。虽然细胞周期中的力学与生化过程一直以来未被完全理解，但该研究揭示了两者之间复杂的联系。该模型预言了一个实验上尚未被广泛关注的现象——母细胞在出芽过程中尺寸的振荡（特别巧合的是，近期两个其他实验室无意中观察到并记录了这个现象）。
weaken-fill-repair模型示意图
该模型通过将细胞壁的牛顿力学与影响其特性的生化变化联系起来，揭示了几个重要的发现：出芽过程中母细胞大小的振荡是该过程的必然结果；不对称分裂是子细胞保持机械刚性的必要条件；虽然细胞的各个方面受到限制和相互联系，但出芽过程由一个简化的参数ψ控制，以确保细胞内环境的稳态。
模型进一步表明，母细胞在出芽过程中表现出“膨胀-收缩”的行为，这不仅与实验结果一致，也为母细胞和子细胞如何在分裂过程中协调自身大小提供了机制解释。该模型指出，细胞需要通过调控参数ψ（渗透物积累速率与细胞壁弱化速率的比值）来调节出芽过程。
不同参数所对应的不同细胞状态
《iScience》2018年创刊，是Cell Press旗下的一本重要的跨学科、综合性学术期刊，专注于发表生命科学、物理科学、地球科学、社会科学和健康科学等多个领域的高质量原创研究。作为CellPress系列的重要成员，《iScience》拥有广泛的学术影响力，通过严谨的同行评审制度和公开获取政策，《iScience》迅速获得了全球学术界的关注，成为跨学科研究的重要发表平台之一。
文理学院系统科学系、复杂系统国际科学中心副研究员刘宇为论文通讯作者，北京师范大学珠海校区为该论文第一单位，与厦门大学、以及荷兰格罗宁根大学合作完成。博士生刘春秀子，以及几名本科同学肖辉（2021级系统科学）、吴鑫霖（2021级系统科学）、彭韵茹（2020级大数据）、汪显意（2020级系统科学）、阙林婕（2020级应用数学）共同参与完成了该工作。该工作是狄增如、刘宇团队关于“人造生命”的一个子课题，来源于coffee break上几次有趣的讨论，也欢迎同学们多多关注和参与。
