基于坐标归一化与椭圆截面重建的拟南芥胚胎顶端细胞三维形态定量分析框架

《Plant Methods》：Apical3DTip: elliptic cross-section-based reconstruction for the embryo initial cell of Arabidopsis

　　**摘要****背景**细胞几何形态在拟南芥早期胚胎发育过程中对决定分裂方向和体轴形成起着核心作用。然而，对动态三维（3D）形态的定量分析仍面临挑战，因为活体成像研究通常依赖于二维（2D）投影，而现有的三维重建方法（包括基于网格的方法）往往丢失了相对于胚珠的原始方向信息，且需要耗费大量人力进行网格修正。此外，胚胎在液体介质中漂浮以及持续生长导致的位置波动，使得在同一坐标系内分析时间上的形态变化变得困难。**结果**我们开发了一个稳健的框架，用于对胚胎初始细胞（顶端细胞）形态进行定量的三维和四维（4D；3D+时间）分析。该方法首先通过基于观察底部平面和光轴对细胞朝向进行标准化，建立标准化的三维坐标系。随后，通过从堆叠成像数据中提取的连续截面进行基于椭圆的近似，重建细胞形态，从而实现精确的几何表征，而无需复杂的表面网格重建。为评估形状各向异性，我们在三维空间中量化了顶端细胞的形状。该框架还支持对后续分裂的体积特征以及根毛生长细胞尖端的表征，为量化具有近似椭圆形截面的细胞（包括细长的尖端生长细胞）的三维形态提供了基础。**结论**我们的框架为三维活体细胞形态的定量分析提供了一种简单且降噪的方法。我们将结合坐标归一化与基于椭圆截面重建的整合方法命名为Apical3DTip。该方法无需大量人工修正即可实现细胞形状的稳健比较。该方法克服了基于二维投影和依赖网格分析的关键局限性，为在三维空间中量化细胞形状及子细胞形状提供了一个实用平台。更广泛地说，它为探索活体植物胚胎中细胞几何形态、形态动力学与发育模式之间的关系提供了定量基础。