评估细胞壁氮利用效率——细胞壁结构差异如何影响植物氮经济？

本研究通过比较不同类型细胞壁（T1CW与T2CW）植物在四种氮条件下的表现，揭示C4禾本科植物凭借富含阿魏酸交联的II型细胞壁结构显著提高光合氮利用效率（pNUE）和细胞壁氮经济性，为作物氮效率改良提供新视角。

　　

Highlight

这些发现共同强调，细胞壁中的氮分配不仅是一种结构限制，更是自然选择影响下的遗传特征。总体而言，C3禾本科植物、C3真双子叶植物和C4真双子叶植物在总氮含量、pNUE和结构（细胞壁）氮方面表现出相似数值，且在不同氮可用性下行为一致（图3B，C4真双子叶植物和图4B）。相比之下，C4禾本科植物相较于其他评估组别表现出更高的pNUE。C4禾本科植物还表现出显著更低的细胞壁氮含量，尤其是在氮限制条件下。此外，C4禾本科植物的酯键阿魏酸（FA）含量显著高于C4真双子叶植物。这些观察结果支持了我们的假设，即在炎热潮湿的热带环境中，氮成为C4植物生长和发育的主要限制养分。在T2CW中观察到的伸展蛋白（extensins）和FA-GAX在交联细胞壁聚合物方面的功能重叠表明，氮稀缺可能对C4禾本科植物的适应性进化施加了选择压力，以促进氮利用效率（NUE）。

Discussion

这些发现共同强调，细胞壁中的氮分配不仅是一种结构限制，更是自然选择影响下的遗传特征。总体而言，C3禾本科植物、C3真双子叶植物和C4真双子叶植物在总氮含量、pNUE和结构（细胞壁）氮方面表现出相似数值，且在不同氮可用性下行为一致（图3B，C4真双子叶植物和图4B）。相比之下，C4禾本科植物相较于其他评估组别表现出更高的pNUE。C4禾本科植物还表现出显著更低的细胞壁氮含量，尤其是在氮限制条件下。此外，C4禾本科植物的酯键阿魏酸（FA）含量显著高于C4真双子叶植物。这些观察结果支持了我们的假设，即在炎热潮湿的热带环境中，氮成为C4植物生长和发育的主要限制养分。在T2CW中观察到的伸展蛋白（extensins）和FA-GAX在交联细胞壁聚合物方面的功能重叠表明，氮稀缺可能对C4禾本科植物的适应性进化施加了选择压力，以促进氮利用效率（NUE）。

Conclusions

我们的研究结果为细胞壁结构在塑造植物氮利用效率方面的作用提供了新的见解。通过直接比较具有不同细胞壁类型的C4物种（具有II型细胞壁的C4禾本科植物 vs 具有I型细胞壁的C4真双子叶植物），我们证明了与II型细胞壁相关的持续氮节约特征，且独立于C4生化亚型。这一结果强化了改善的NUE归因于细胞壁结构的观点，为先前文献中建立的关联提供了更清晰的链接。