利用体内木质化成像追踪梨中石细胞的形成

研究小组利用基于生物正交点击化学的尖端成像技术，揭示了梨果肉中石细胞的形成和增殖过程。

　　

研究人员首次在体内观察到了 梨细胞发育过程中活性木质素沉积的精确时间和位置。这使得他们能够追踪分离细胞如何在盛花期（DAFB）后10天就开始木质化，从而启动一个级联过程，最终形成巨大而坚硬的石细胞簇。

梨因其风味和营养价值而备受推崇，但其质地往往因坚硬的木质化石细胞而变得粗糙。这些富含木质素的石细胞对植物的结构支撑至关重要，但由于其质地坚硬，对食用和加工性能产生负面影响，因此不适合用于果肉。虽然遗传和生化研究已经发现了一些梨木质化的调控因子，但对于这些细胞如何以及何时开始木质化，以及如何形成大的细胞簇，我们仍然缺乏详细的了解。传统的成像方法无法区分新沉积的木质素和先前存在的细胞壁成分，这使得水果发育生物学中的关键问题仍未得到解答。

南京农业大学张少玲团队于2025年2月25日在《植物表型学》杂志 上发表的一项 研究（DOI：10.1016/j.plaphe.2025.1000 10 ）提供了前所未有的石细胞发育细胞图谱，为通过有针对性的育种和栽培策略改善梨的质地和品质提供了潜在的路线图。 

为了研究梨果实发育过程中木质素的动态变化，研究人员采用了一种基于生物正交化学的成像技术，该技术使用了一种名为3-O-炔丙基咖啡醇（3-O-PCA）的合成木质素前体。这种化合物模拟了天然针叶醇，但包含一个炔烃基团，可以通过点击化学进行特异性标记。将3-O-PCA喂给拟南芥和梨幼苗，并通过铜催化的叠氮化物-炔烃环加成反应用Alexa 594-叠氮化物标记，在561nm处观察到强烈的荧光信号，证实3-O-PCA已成功掺入新合成的木质素中。在拟南芥中，活性木质素化在维管束和束间纤维中最为显著。类似地，在梨幼苗中，木质部、薄壁组织和韧皮部石细胞中都观察到了木质化，验证了探针的生物相容性及其在追踪体内 木质化方面的实用性。利用这种方法，可以可视化梨果实发育过程中五个阶段（S1-S5）的木质化轨迹。薄壁组织细胞中的初始木质化出现在阶段 S2（10 DAFB），单个细胞沉积木质素。到阶段 S3，木质化加剧并开始扩散到相邻细胞，形成小簇。在 S4 阶段，进一步扩展产生更大的簇。在 S5 阶段，观察到大的成熟石细胞簇，没有新的木质素形成，表明处于静止期。值得注意的是，早期木质化细胞 - 原始石细胞 (PSC) - 与周围薄壁组织相比具有更大的尺寸和独特的形态。随着时间的推移，木质化从PSC向邻近细胞呈放射状扩散，形成纹孔沟和次生壁，最终形成完全木质化的簇。荧光强度测量证实了木质素的逐渐积累和木质化区域的空间扩展，簇中外部细胞的木质化活性强于内部细胞。这种级联过程类似于“多米诺骨牌效应”，木质化随机启动，但系统地扩散，这为梨果实中石细胞聚集提供了一个详细的细胞模型。

这项研究为在育种和栽培过程中通过靶向石细胞的形成来提高水果品质提供了巨大的潜力。通过识别早期木质化阶段并理解级联扩增机制，科学家们现在可以制定策略来限制梨品种中石细胞的增殖。该方法还为研究其他水果和作物中动态细胞壁过程建立了新的标准，提供了传统染色或显微镜无法提供的实时、空间分辨的洞察。

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