基于连接角判据从静态细胞形态推断子细胞对的方法及定量验证

《The Plant Cell》：Inferring cell division from cell shape

　　

摘要

细胞分裂模式决定了器官的发育形态，但由于现有检测方法技术难度较大，对其系统性分析仍受到限制。在此，我们提出了一种实用方法，可从静态细胞形态推断最近的子细胞对。尽管专家判断很早就被用于推断细胞分裂事件，但该方法的准确性很少被量化评估。我们利用拟南芥叶原基的活体成像，评估了7,573对邻近细胞对的49个特征，其中包括1,114对直系子细胞对和6,459对非子细胞对。一个简单的连接角判据以94.1%的精确率和92.5%的召回率正确推断出1,030对子细胞对，而基于对称性的指标表现较差。时间分析显示，分裂后连接角最初较高，在生长过程中降低，并因后续分裂而改变，从而将子细胞对与非子细胞对区分开来。该方法在独立的茎尖分生组织活体成像数据集中也达到了98.4%的精确率和97.2%的召回率。将此方法应用于拟南芥尖端突变体rpl4d-3以及两个非模式物种，进一步支持了其在分析多种叶片形态分裂模式方面的潜在适用性。为便于社区使用，我们提供了基于FIJI/ImageJ和Qt的图形用户界面实现。总体而言，本研究从定量上验证了经验性的几何线索，并为从静态组织图像中推断子细胞对提供了一个实用框架。