近日，学院器件力学团队周吕文博士与中国科学院微生物研究所孔照胜团队合作，在国际著名期刊《Nature Communications》上发表了题为"Differential cellulose distribution drives polarized growth of cotton fibers" 的研究成果，首次揭示棉纤维细胞壁中纤维素沿长度方向呈现的梯度分布，是推动纤维偏向顶端伸长的重要驱动力，为理解植物单细胞极性生长及其细胞壁力学调控机制带来了新的视角。

植物细胞的形状构建离不开初生细胞壁的力学性能，然而，究竟哪种细胞壁成分在调控细胞壁可延展性、进而引导植物细胞定向生长方面起主导作用，学界一直存在不同看法。棉纤维长期以来被视为研究植物细胞伸长、细胞壁形成和纤维素合成的重要模型。基于此，该研究以快速伸长阶段的棉纤维为研究对象，利用原子力显微镜对不同发育时期和不同区域的棉纤维细胞壁进行力学测量，发现快速伸长阶段的棉纤维细胞壁在不同区域存在明显力学异质性，而这种差异主要源于纤维素在细胞壁中的梯度沉积。

此外，研究团队利用活细胞成像技术，首次在活的棉纤维中实现了对纤维素合酶复合体动态分布的可视化追踪。结果显示，纤维素合酶复合体在棉纤维细胞质膜上的分布模式受皮层微管组织的调控。计算模拟结果进一步表明，纤维素的梯度沉积能够重塑细胞壁在生长方向上的应变分布，从而驱动棉纤维呈现偏向顶端的扩散式生长。这些发现明确了纤维素在塑造细胞壁力学属性中的关键作用，拓展了人们对植物细胞形态建成机制的理解，也为未来通过分子育种手段改良棉纤维的长度与品质提供了新的理论支撑。

据悉，中国科学院微生物研究所已出站博士后王光达为论文第一作者，学院智能结构与器件力学团队周吕文博士和中国科学院微生物研究所孔照胜研究员为论文共同通讯作者。

论文链接：//www.nature.com/articles/s41467-026-71314-1