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中央碳代谢对于非生物胁迫下的渗透稳态和能量平衡至关重要，然而，在复合胁迫条件下，这种代谢重编程如何在功能上不同的叶片细胞类型之间被协调调控，仍不清楚。本研究采用整合的空间系统生物学框架，首次提供了杂交杨（Populus tremula, P. alba）在单一和复合非生物胁迫响应中的细胞类型分辨率多组学图谱。杂交杨是一种生物能源树种，也是多年生模式树种。我们通过激光捕获显微切割分离了暴露于单独水分亏缺、盐胁迫、热胁迫，或同时暴露于这三种胁迫条件下的叶片栅栏细胞和维管细胞，并进行了细胞类型分辨率蛋白质组学分析（nanoPOTS结合超高灵敏度LC-MS/MS）和转录组学分析，同时结合MALDI质谱成像和GC-MS代谢组学进行补充研究。 复合胁迫在栅栏细胞中最显著地富集了碳代谢、磷酸戊糖途径和乙醛酸循环相关蛋白，其中两种甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH）同工型显著上调（8.5至12.5倍）；而维管细胞中未见相应变化，且其上调幅度超过任何单一胁迫条件下观察到的水平。蛋白共丰度网络分析显示，GAPDH与肌醇单磷酸酶3（IMP3）之间存在显著关联，表明糖醇生物合成受到协同调控。空间代谢组学显示，在复合胁迫下，甘油醛-3-磷酸（GA3P）在栅栏细胞中积累，而作为GAPDH上游糖异生底物的3-磷酸-D-甘油酰磷酸（3PGP）则下降，并与糖醇水平升高相关。 综上，这些发现表明，复合非生物胁迫驱动了栅栏细胞特异性的中央碳代谢重编程，其中GAPDH将碳流重新导向糖异生和糖醇生物合成。这一协调性的代谢转变揭示了一条机制性途径，可用于工程化提升植物对多重胁迫条件的耐受性。
中心碳代谢对于非生物胁迫下的渗透稳态和能量平衡至关重要，然而，在复合胁迫条件下，这种代谢重编程如何在功能各异的叶片细胞类型之间实现协调，仍不清楚。在本研究中，我们采用整合性的空间系统生物学框架，首次提供了杂交杨（Populus tremula, P. alba）在单一及复合非生物胁迫响应中的细胞类型分辨多组学图谱。杂交杨是一种生物能源树种，也是模式多年生木本植物。我们通过激光捕获显微切割分离了暴露于缺水、盐胁迫、热胁迫，或同时暴露于三种胁迫条件下的叶片栅栏细胞和维管细胞，并开展了细胞类型分辨蛋白质组学分析（nanoPOTS 联用超高灵敏度 LC MS/MS）和转录组学分析，同时结合 MALDI 质谱成像和 GC MS 代谢组学。
复合胁迫在栅栏细胞中最显著地富集了碳代谢、磷酸戊糖途径和乙醛酸循环相关蛋白，其中两种甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH）同工型显著上调（8.5 至 12.5 倍）；而维管细胞中未观察到相应变化，且其上调幅度超过任何单一胁迫条件下的水平。蛋白质共丰度网络分析显示，GAPDH 与肌醇单磷酸酶 3（IMP3）之间存在显著关联，表明糖醇生物合成受到协同调控。空间代谢组学表明，在复合胁迫下，甘油醛-3-磷酸（GA3P）在栅栏细胞中积累，而作为 GAPDH 上游糖异生底物的 3-磷酸-D-甘油酰磷酸（3PGP）则下降，并与糖醇水平升高相关。
综上，这些发现表明，复合非生物胁迫驱动了栅栏细胞特异性的中心碳代谢重编程，其中 GAPDH 将碳流重新导向糖异生和糖醇生物合成。这种协同转变揭示了一条可用于工程化提高植物对多重胁迫条件耐受性的机制性途径。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.24.746775v1?rss=1
🏷️ 杨树 复合非生物胁迫 细胞类型特异性 中央碳代谢重编程 空间多组学 GAPDH