2023年5月4日，加州大学圣地亚哥分校（UCSD）助理教授Alexandra J. Dickinson和斯坦福大学教授Richard N. Zare合作，在《Nature Communications Functions》杂志上发表了题为“化学成像揭示多样性”的论文三羧酸代谢物在根生长和发育中的作用”研究论文。本研究利用解吸电喷雾电离质谱成像（DESI-MS）技术揭示了TCA代谢物在植物根系生长发育中的多种功能作用，为深入理解植物根系生长发育的分子机制提供重要线索。

在这项研究中，研究人员利用解吸电喷雾电离质谱成像技术对玉米主根进行了详细分析。发现了各种小分子化合物在根中的分布模式。特别是，通过对根中TCA代谢物的成像和定量测量，他们发现这些代谢物在不同的根组织中表现出不同的空间分布和浓度变化。进一步的功能实验揭示了TCA 代谢物在植物根系生长和发育中的关键作用。

具体而言，结果表明某些TCA 代谢物沿主根纵轴具有不同的空间分布。有趣的是，琥珀酸密集分布在根分生组织中，而乌头酸密集分布在根分化区。外源TCA代谢物对玉米和拟南芥的处理表明，TCA代谢物对植物根系的生长发育有不同的影响。其中，琥珀酸可以促进分生区细胞的增殖，而乌头酸可以促进分化区细胞的增殖。细胞伸长。为了揭示这种特定分布的内涵，研究人员进一步利用分生区特异性表达启动子pCYCB1;1和分化区特异性表达启动子pSMR1分别驱动ACO1的表达。研究人员发现，ACO1在分化区的特异性表达可以促进分生区细胞的增殖，从而促进根的生长。

为了探究外源TCA处理是否影响植物根系的ATP能量代谢，研究人员利用外源TCA代谢物处理ATP传感器转基因植物。研究发现，不同TCA 代谢物治疗中ATP 水平并未表现出整体变化。明显区别。这表明ATP 并不是TCA 代谢物对植物根部影响的唯一因素。此外，研究人员发现，TCA 代谢物通过影响植物根部活性氧（尤其是H2O2）的水平来影响根毛的生长和发育。

文章结论与讨论、启发与展望

该研究结果对于深入了解植物根系生长发育的分子机制具有重要意义，为农业生产和植物改良提供新的思路和方法。进一步的研究将有助于揭示TCA 代谢物与其他生物过程之间的联系，并为优化植物生长和适应提供新策略。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-38150-z#Ack1

加州大学圣地亚哥分校助理教授Alexandra J. Dickinson 和斯坦福大学教授Richard N. Zare 为通讯作者。张涛博士和Sarah E. Noll博士是该论文的共同第一作者。这项研究得到了美国国家科学基金会和美国国立卫生研究院的支持。