该研究开发了单细胞 RNA 测序技术，可以分析叶片中所有细胞类型中所有基因的表达，并在叶片暴露在光线下后的不同时间重复这些实验。这将基因表达的变化与光合能力的增加联系起来。通过这个方法，我们可以很容易地观察到两者基因表达的变化。例如，构成植物外表面的表皮细胞在两个物种中具有高度相似的基因表达谱，但在束鞘细胞中的谱则明显不同。使用数十万个针对细胞类型解析的基因表达谱，该研究寻找在水稻叶肉细胞中表达的光合作用基因，但其高粱对应基因在束鞘细胞中表达。在进化过程中这些基因的表达会将它们从 C3 转换到 C4。
那是什么促成了转化的模式？该研究检查了称为顺式调节元件的 DNA 区域，其中包含特定转录因子识别的序列。该研究专门研究了仅在叶肉细胞或束鞘细胞中转录机制可接近的基因附近的顺式调节元件。当水稻叶肉细胞中表达的光合作用基因转变为在高粱的束鞘细胞中表达时，它们获得了顺式调节元件，该元件具有称为 DOF 的转录因子家族的结合基序。这些植物特异性因子参与一系列过程，包括细胞身份的规范，并优先在水稻和高粱的束鞘细胞中表达。初步功能测试表明，DOF 可以诱导光合作用基因的表达，并且是这些基因在束鞘细胞中高表达所必需的。
该研究进一步表明当这些基因获得顺式调节元件时，光合作用基因在束鞘细胞中的表达就出现了，该元件对应于定义束鞘细胞的网络中已经存在的转录因子。C4植物只有当所有元素都存在于适当的细胞类型中时，光合作用才能正常工作，但每个光合作用基因必须独立获得顺式调节元件(如下图)。
图 1.在进化过程中，光合作用基因获得了顺式调节元件，这些元件结合束鞘细胞特异性的 DOF，使基因能够在这些细胞中表达。
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