研究背景
文中以馬齒莧葉片為研究對(duì)象，在空間層面整合了光合作用中C4及CAM（Crassulacean acid metabolism，景天酸代謝）兩種不同代謝途徑的細(xì)胞定位。對(duì)于大部分植物，其光合代謝往往只涉及到上述一種途徑。馬齒莧是一種特殊的C4草本植物，在干旱脅迫下，亦可進(jìn)行CAM。
對(duì)馬齒莧葉片在水分充足和干旱條件下的葉肉和束鞘細(xì)胞群體進(jìn)行了兩種不同的空間基因表達(dá)分析,此外，測(cè)試了在多種情況下，C4和CAM在葉肉和束鞘細(xì)胞間整合的最有效生化模型,作為一個(gè)新的理論闡釋馬齒莧植物光合代謝機(jī)制。
研究方法
實(shí)驗(yàn)材料：馬齒莧葉片，水分充足葉片vs 干旱誘導(dǎo)葉片，3個(gè)不同區(qū)域，
實(shí)驗(yàn)方法：空間轉(zhuǎn)錄組（10x visium) ,單細(xì)胞測(cè)序（LCM-seq）
馬齒莧葉片干旱誘導(dǎo)CAM和激光捕獲顯微解剖
研究結(jié)論
1. 研究人員通過激光顯微技術(shù)對(duì)不同環(huán)境（水分充足及干旱環(huán)境，白天及夜間）葉片進(jìn)行切割區(qū)分，獲得葉肉，葉鞘及水分貯藏細(xì)胞，進(jìn)行傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)錄組分析，并結(jié)合空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序及葉片的組織區(qū)分，分析了C4及CAM相關(guān)的差異表達(dá)基因，并建立了流量平衡模型，預(yù)測(cè)了干旱條件下c4 +CAM系統(tǒng)的完整性。
2. 在馬齒莧中，C4和CAM途徑與合成PEP相關(guān)的基因均在葉片中富集，而卡爾文循環(huán)相關(guān)基因只富集在葉鞘細(xì)胞中，表明馬齒筧的CAM途徑，不僅存在晝夜分離，也存在著空間的分離。糖運(yùn)輸?shù)脑黾优cCAM誘導(dǎo)有關(guān)，G3P起源于束鞘，但PEP再生的最后步驟主要發(fā)生在葉肉中。CAM和c4固碳發(fā)生在相同的細(xì)胞中，CAM產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物可能直接融入到C4循環(huán)中。
3. 作者建立了雙細(xì)胞-雙（晝夜）階段的光合代謝模型。當(dāng)水分充足時(shí)，馬齒筧葉片中只能檢測(cè)到少量的CAM途徑。而處于干旱環(huán)境時(shí)，可以進(jìn)行C4+CAM代謝途徑，此時(shí)馬齒筧中的C4途徑亦可利用CAM途徑產(chǎn)生的蘋果酸，大幅提高光合作用的效率。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)C4 +CAM光合作用的空間明確描述，為作物改良提供了新的藍(lán)圖。
馬齒莧干旱脅迫下不同空間區(qū)域基因表達(dá)特征
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