Plant Cell|科学家通过单细胞测序揭示玉米生长高效的可能解释

与许多其他农作物相比，玉米的生产率要高得多。 在其进化过程中发展出的特殊叶片解剖结构和特殊形式的光合作用（称为C4）使玉米的生长比同类植物快得多。 结果，玉米需要更有效的运输策略以将光合作用过程中产生的光同化物分配到整个植物中。 

如今，HHU的研究人员发现了韧皮部加载机制，该机制以前没有被描述过-围绕脉管系统的束鞘是实际运输诸如糖或氨基酸之类化合物的地方。 该机制的发展可能是朝着更高的运输速率迈出的决定性的进化步骤，这使得玉米植物特别成功和有用。

与仅使用C3光合作用的其他植物相比，它也可能与玉米使用的更有效的C4光合作用有关。 该研究由HHU分子生理学研究所的Ji Yun Kim博士和Wolf B. Frommer教授领导。

植物叶片的上侧（轴向）和下侧（背面）具有不同的结构，并且每一侧执行不同的任务。 例如，在玉米中，蔗糖转运蛋白（SWEET）作用于叶片背面的“束鞘细胞”（束状细胞束缠绕成花圈）。

在模型植物拟南芥中，通过韧皮部薄壁组织细胞通过SWEET释放的糖通过主动转运直接转运到相邻的陪伴细胞中。 在玉米中，糖通过两个大束鞘细胞向韧皮部方向释放。 与韧皮部实质相比，束鞘细胞的大表面允许更高的转运速率。 与拟南芥相比，玉米可以更有效地运输糖。

HHU的博士生兼第一作者Margaret Bezrutczyk强调：“乍看之下，排列在花环中的束鞘细胞看起来是相同的。我们使用的单细胞测序方法首次使我们能够区分不同类型的束鞘细胞 我们希望借助这种技术，将来会发现更多的细胞类型，尤其是维管束中的那些细胞类型。”

该研究所所长弗洛默教授强调了这一发现的意义，他说：“玉米植物由于其C4光合作用而非常有生产力。可以想象，通过将玉米的负载机制转移到这些作物上，可以提高水稻或其他农作物的生产力。 。

More information: Margaret Bezrutczyk, Nora R. Zöllner, Colin P. S. Kruse, Thomas Hartwig, Tobias Lautwein, Karl Köhrer, Wolf B. Frommer and Ji-Yun Kim, Evidence for phloem loading via the abaxial bundle sheath cells in maize leaves, The Plant Cell (2021). DOI: 10.1093/plcell/koaa055

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