3月23日，《植物通訊（Plant Communications）》在線發(fā)表了基因組所王麗課題組合作研究成果,，題為“Diel dynamics of multi-omics in elkhorn fern provides new insights into weak CAM photosynthesis” ,。該研究利用熱帶、亞熱帶地區(qū)的園藝植物二歧鹿角蕨（Platycerium bifurcatum (Cav.) C. Chr.）的營養(yǎng)葉（cover leaves）和孢子葉（sporotrophophyll leaves）分別通過weak CAM和C(3)途徑進(jìn)行光合作用的特點(diǎn),，通過多組學(xué)測序和分析手段,，為CAM途徑光合作用的進(jìn)化提供了新的見解，并為CAM生物工程提供了新的思路,。

景天酸代謝（CAM）途徑是一種高水分利用率的光合作用方式,。將CAM途徑引入當(dāng)前的作物中，可以提高作物的水分利用率,，能夠減少在高溫和干旱等逆境下作物的產(chǎn)量損失,。夜間同化CO2的碳代謝方式和“晝關(guān)夜開”的氣孔開合模式，被認(rèn)為是CAM途徑的關(guān)鍵步驟,。雖然該途徑相關(guān)蛋白編碼基因已研究清楚,，但轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)理一直缺乏系統(tǒng)深入的研究。同時(shí),，CAM途徑是從古老的C3光合作用進(jìn)化而來,，且存在多種CAM類型，包括：strong CAM,、weak CAM,、CAM cycling和CAM idling。不同植物譜系CAM植物經(jīng)歷了趨同進(jìn)化,，而其潛在的分子機(jī)制尚不清楚,。

研究人員通過比較二歧鹿角蕨營養(yǎng)葉和孢子葉以及典型CAM和C3植物的光合作用重要指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)weak CAM途徑光合作用的復(fù)雜性,，這也暗示了weak CAM在自然界的存在可能遠(yuǎn)比我們想象的普遍,。另外,，該研究通過二歧鹿角蕨的營養(yǎng)葉和孢子葉進(jìn)行時(shí)序的初生代謝組、蛋白組和轉(zhuǎn)錄組測序和分析,，揭示生物體主要能量供應(yīng)的途徑--TCA循環(huán)在營養(yǎng)葉和孢子葉的晝夜差異,，可能對CAM途徑的進(jìn)化起關(guān)鍵作用。

該研究構(gòu)建了營養(yǎng)葉CAM途徑夜間同化CO2的碳代謝通路和“晝關(guān)夜開”的氣孔開合通路的時(shí)序轉(zhuǎn)錄因子-基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò),，篩選得到CAM途徑關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子,，為后續(xù)的CAM途徑轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)理研究提供候選基因。另外,，研究人員整合目前已發(fā)表的所用CAM植物夜間CO2同化相關(guān)基因的序列數(shù)據(jù)和基因表達(dá)數(shù)據(jù),，發(fā)現(xiàn)在基因表達(dá)水平上，PPCK在不同CAM物種中具有趨同的晝夜表達(dá)模式,，表明其在CAM途徑夜間CO2同化的趨同進(jìn)化中起關(guān)鍵作用,。

基因組所博士后李誠和博士生韓曉栩等為論文第一作者?；蚪M所王麗研究員,、廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院晏石娟研究員和美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室 Xiaohan Yang教授為論文通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金（32070242）,、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2020YFA0907900）,、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金（2020A1515110912）、深圳科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新委員會(huì)（20200811142605017）等的資助,。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2023.100594