对增强光呼吸条件的适应提高了C3-C4中间型植物中C2光合作用的有效性

- C2光合作用通过将甘氨酸从叶肉组织（M）转运至维管束鞘组织（BS），由甘氨酸脱羧酶（GDC）在维管束鞘中释放CO2，使其在Rubisco周围积累，从而减少光呼吸造成的碳损失。C2光合作用一直被认为是一种组成型特征；然而，作为一种代谢性状，它可能会对光呼吸过程中甘氨酸的生成速率产生适应性调节。 - 我们在32 ℃昼温和200或800 μmol mol−1 CO2条件下，培养了来自两个真双子叶植物谱系和两个禾本科谱系的11个物种，这些物种涵盖从C3到C2的不同光合表型。通过叶片气体交换、GDC的P蛋白免疫定位、叶肉组织和维管束鞘的超微结构、光合酶活性以及光合作用建模，对适应性调节进行了评估。 - 与高CO2相比，低生长CO2浓度增强了亚C2和C2物种中与C2相关的表型，但未增强C3或原始Kranz物种中的相应表型。亚C2物种将叶绿体定位于更靠近线粒体的位置，并表现出较低的模型估算维管束鞘导度。C2物种提高了Rubisco活性容量以及维管束鞘中的GDC配置。亚C2和C2物种中的天冬氨酸氨基转移酶活性均有所提高。 - 对较高光呼吸水平的适应性调节能够增强C2光合作用，但这一现象仅发生在其维管束鞘中的细胞器和GDC投入已跨越某一阈值的物种中。我们推测，这种适应性调节可能使与C2相关的性状暴露于选择作用之下，并促进C4光合作用的起源。

- C2光合作用通过将甘氨酸从叶肉组织（M）转运至维管束鞘组织（BS），在后者中甘氨酸脱羧酶（GDC）释放CO2，使其在Rubisco周围积累，从而减少光呼吸造成的碳损失。C2光合作用一直被认为是一种组成型特征，但作为一种代谢性状，其可能会适应光呼吸过程中甘氨酸的生成速率。

- 我们在白天温度为32 ℃、CO2浓度为200或800 μmol mol⁻¹的条件下，培养了来自两个真双子叶植物谱系和两个禾本科植物谱系的11个物种，这些物种涵盖从C3到C2的不同光合表型。我们采用叶片气体交换、GDC P蛋白免疫定位、叶肉组织和维管束鞘组织的超微结构分析、光合酶活性测定以及光合作用模型分析来评估其适应性调节。

- 与高CO2相比，低CO2生长条件增强了亚C2和C2物种中与C2光合作用相关的表型，但未增强C3或原始Kranz物种中的相关表型。亚C2物种使叶绿体定位得更靠近线粒体，并表现出较低的模型估算维管束鞘电导率。C2物种提高了Rubisco羧化能力以及维管束鞘中的GDC配置。亚C2和C2物种的天冬氨酸氨基转移酶活性均有所提高。

- 对更强光呼吸条件的适应性调节能够增强C2光合作用，但这一现象仅出现在维管束鞘的细胞器和GDC投入已跨越某一阈值的物种中。我们推测，这种适应性调节可能使与C2相关的性状暴露于选择作用之下，并促进C4光合作用的起源。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.22.753555v1?rss=1

🏷️ C2光合作用 C3-C4中间型植物 光呼吸适应 维管束鞘细胞 GDC配置 C4光合作用起源