逆势而行：利用空间转录组学研究小麦籽粒中的C4光合作用

《BMC Plant Biology》：Going against the grain: Investigating C4 photosynthesis in the wheat grain with spatial transcriptomics

摘要

背景

关于C3植物小麦的发育中的籽粒是否具有C4光合作用途径，科学界一直存在争论。小麦对粮食安全至关重要，在高温和干旱胁迫下，C4光合作用所能带来的生物学优势可能会使小麦受益匪浅。因此，研究者们投入了大量精力通过基因工程使小麦具备C4生化特性，最终在籽粒中发现了一种被认为具有C4特异性的独特光合作用途径。

结果

在本研究中，我们通过对发育中的小麦籽粒进行空间转录组学分析，进一步探讨了与C4光合作用途径相关的基因的空间表达模式。研究结果表明，大多数被认为参与C4光合作用的基因确实在理论预测的组织位置中表达，包括磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）和丙酮酸变位磷酸二激酶（PPDK）的多种异构体。PEPC的合成发生在光合胚乳细胞中，而PEPC的羧化活性则发生在胚乳中。值得注意的是，天冬氨酸氨基转移酶、丙氨酸氨基转移酶和苹果酸脱氢酶的多种异构体表现出具有组织特异性的空间表达模式，这可能与其各自的独特功能有关。

结论

由于小麦在胁迫条件下的表现与其这些C4基因的表达水平密切相关，因此在籽粒中确认存在活跃的C4光合作用途径将具有重要的农艺意义。我们的研究为与光合作用相关的关键基因提供了新的表达数据，这些数据可能有助于未来培育出高产且能抵御气候变化的小麦品种。