原文以Molecular changes in Mesembryanthemum crystallinum guard cells underlying the C3 to CAM transition 為標題發(fā)表于2019年4月12日的 bioRxiv 上。
原文作者:Wenwen Kong等
研究者們在該項研究中
使用 LI-6800高級光合熒光測量系統 進(jìn)行葉片氣體交換測量
景天酸代謝(CAM)是光合作用的一種特殊類(lèi)型:氣孔在白天關(guān)閉,增強節水能力;在晚上開(kāi)放,允許吸收CO2。冰葉日中花(Mesembryanthemum crystallinum)是一種兼性的CAM植物,在鹽或干旱脅迫下可以從C3光合作用轉變?yōu)镃AM。但是,從C3到CAM轉變的脅迫誘導分子機制仍然未知。研究者研究了冰葉日中花在鹽脅迫環(huán)境下從C3到CAM的轉變過(guò)程。
對照組和鹽脅迫組葉片可滴定酸度和形態(tài)學(xué)表型對比
利用LI-6800測量鹽脅迫后冰葉日中花的凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率的變化。同時(shí),在保衛細胞中,通過(guò)3'-mRNA測序進(jìn)行單細胞型轉錄組譜分析,以確定在轉變過(guò)程中此關(guān)鍵細胞類(lèi)型的分子變化。
鹽脅迫處理第6天開(kāi)始,葉片的夜間凈光合速率開(kāi)始逐漸增強,而白天的則開(kāi)始下降,表現為從C3向CAM代謝的轉變。
對照組和鹽脅迫組葉片凈CO2交換和氣孔孔徑的數據對比
在轉變過(guò)程中,共有495個(gè)轉錄本顯示出對照樣品和鹽處理樣品之間的差異表達,包括285個(gè)已知的保衛細胞基因,7個(gè)CAM相關(guān)基因,18個(gè)轉錄因子和185個(gè)以前未在保衛細胞中表達的其他基因。鹽脅迫處理7天后,編碼CAM光合作用關(guān)鍵酶的PEPC1和PPCK1在衛細胞中被上調,表明衛細胞本身就可以完成從C3到CAM的轉變。
從C3到CAM轉化過(guò)程中CAM標記基因的表達水平和PEPC活性變化
這項研究為將CAM代謝植物的氣孔行為引入C3作物,以提高水分利用效率,提供了重要信息。