摘要：本研究利用同步辐射傅里叶变换红外光谱(SR-FTIR)和拉曼光谱分析了野生型阿拉伯芥花茎维管组织以及SWEET11和SWEET12基因缺失突变体的细胞壁组成。SR-FTIR结果显示，除了木质部细胞壁组成发生变化外，突变体韧皮部细胞壁的半纤维素组成也发生了改变。结合拉曼光谱和分类回归树(CART)分析，可以区分不同类型的木质部细胞，如木质部导管和纤维，并发现SWEET11和SWEET12基因缺失影响了木质部细胞壁中纤维素和半纤维素的组成。维管组织中的糖运输对确保木质部和韧皮部细胞壁的正确组成很重要。同步辐射FTIR和拉曼光谱是研究植物细胞壁组成的强大工具，可以检测到细胞和组织水平的细微差异。
关键词：SR-FTIR；拉曼光谱；细胞壁组成
文 章 信 息
译名：同步辐射傅里叶变换红外光谱(SR-FTIR)和拉曼光谱可以为拟南芥花茎维管组织提供独特的光谱指纹特征
发表时间：2018年10月30日
期刊影响因子：5.6（2024）
第一单位： 让-皮埃尔·布尔金研究所，巴黎萨克雷大学
通讯单位： 让-皮埃尔·布尔金研究所，巴黎萨克雷大学
文 章 亮 点
文 章 简 介
1 研究意义
野生型阿拉伯芥(Col-0)和双突变体(sweet11-1 ,sweet12-1)
收集植株茎秆基部5 cm，固定于4%多聚甲醛并嵌入石蜡制备10 μm厚的切片，并去除石蜡对于SR-FTIR和拉曼光谱分析，每个基因型取4个木质部/韧皮部样品进行分析。
采用同步辐射傅里叶变换红外光谱(SR-FTIR)技术。
采用拉曼显微光谱技术。
3 研究结果
3.1 花茎中的维管组织
展示了Arabidopsis野生型花茎中的维管组织。这些维管组织被组织成一系列相互连接的维管束，每个维管束都包含专门的导管细胞。这些导管细胞在维管液流动过程中承受着高压力，韧皮部细胞管中的水压甚至可以达到30个大气压,而木质部管道则特征为负压。细胞壁组成的细胞特异性是这些细胞抵抗高压力的关键因素。在拟南芥花茎中，维管组织被组织成一系列相互连接的维管束。在每个维管束中，专门的导管细胞受到高压力的影响，因为它们需要输送汁液，在韧皮部筛管元胞中可达到30个大气压的静水压力，而木质部导管则特征为负压。通过利用同步辐射光(8 × 8 μm采集区域)提供的空间分辨率，我们获得了拟南芥野生型花茎中韧皮部和木质部组织的光谱。图1用于展示拟南芥花茎中维管组织的结构特点，为后续对韧皮部和木质部细胞壁组成的分析提供了背景信息。
图3展示了木质部和韧皮部的半纤维素/纤维素比值的箱线图对比分析。基于850-1800 cm-1波数范围的韧皮部光谱建立的分类回归树(CART)模型，可以准确预测80.8%的验证数据集中的样本。该模型使用了5个主要的红外光谱特征波数来区分野生型和突变体。展示了利用红外光谱技术分析Arabidopsis野生型和突变体维管组织的差异特征。
基于这些测量，野生型拟南芥植物的VV和VF细胞壁无法统计区分（图4A-C）。然而，木质素与C-H键的比例以及木质素与C-O键的比例可以显著区分木质部纤维（FF）与木质部导管（VV）与木质部导管和纤维（VF）之间的细胞壁（图4A， B）。不同细胞类型之间C-H键与C-O键的比例没有显著差异（图4C）。因此，观察到的VV、VF和FF之间细胞壁的差异可能主要归因于木质部纤维之间细胞壁的芳香拉伸振动强度较低。为了进一步确定与不同木质部细胞类型相关的拉曼位移，在1000-1800 cm−1的拉曼位移范围内应用了基于cart的分类方法，其中包括木质部细胞壁的主要成分。CART模型建立在校准数据集（占总数据集的80%）上，没有变量选择步骤，得到的分类树显示，只有4个拉曼位移足以区分三种不同的细胞壁类型（图4D）。展示了使用CART方法对不同类型木质部细胞(木质部导管、木质部纤维和木质部导管与纤维之间)的拉曼光谱进行分类分析的结果。这些分类树可以用于区分野生型和双突变体木质部细胞的纤维素和半纤维素组成。
展示了SWEET11和SWEET12基因突变对拟南芥维管组织细胞壁组成产生的影响，尤其是在木质部和韧皮部细胞壁中半纤维素和纤维素的变化。
3.3分类和回归树分析
4 讨论
5 结论
Reference:
Dinant S , Wolff N , Marco F D ,et al.Synchrotron FTIR and Raman spectroscopy provide unique spectral fingerprints for Arabidopsis floral stem vascular tissues[J].Oxford Academic, 2019(3).
