C₄光合影响可通过CO₂浓缩机制提拔碳固定成果，以是被学界以为是作物增产的冲破点。刘心，通过基因组学、单细胞转录组及单细胞ATAC解析，体系揭示了莎草科植物）正在差别境遇中伶俐切换光合影响途径的基因与调控机制。同时，钻探连合玉米、水稻单细胞组学数据展现了C₄光合影响趋同进化的遗传众样性与落伍性次序，为作物光合成果纠正供给了新的外面框架。

　　该团队展现，大莎草具有奇异的光合可塑性即水下成长时体现为C₃型光合、陆地成长时转为C₄型，且成熟结构光合途径固定，境遇转化仅影响复活结构。进一步，钻探分离探究了五个科常识题：

　　1.C₄光合的细胞运气决议机制。陆地成长的成熟结构进入水中后光合途径体现为C₄，新长出的体现为C₃，且水下成长的成熟结构搬动到陆地后会死亡物化，新长出的为C₄型。以是，钻探可鉴定该物种C₃到C₄光合途径的变动产生正在小嫩结构，而非成熟结构。

　　2.C₄代谢的亚基因组分工形势。E. baldwinii是异源四倍体，其基因组由两个含有全套C₄酶基因的亚基因组A、B构成。与已宣告的E. vivipara异源四倍体基因组比拟，两个物种存正在好似的亚基因组A和B。此中，A和B亚基因组瓦解于24.24Mya，两个物种A和A瓦解于12.65Mya，B和B瓦解于12.91Mya。同时，钻探职员通过单细胞众组学解析展现，E. baldwinii的Subgenome B主导叶肉细胞（IMC）C₄代谢基因外达，Subgenome A主导维管制细胞（KC）基因外达即具有 “亚基因组上风”。

　　3.C₄代谢启用境遇反映式调控元件。钻探判定了C₄基因调控元件、陆生境遇诱导调控元件、细胞谱系特异调控元件，并展现C₄基因首要元件是Homeobox、MYB-related及G2-like元件家族。此中，Homeobox家族是调控境遇分别外达基因的首要调控家族；MYB-related与G2-like分离是境遇诱导、细胞特异调控元件，但不属于首要调控家族。这注脚E. baldwinii的C₄酶基因选拔性利用了境遇诱导、细胞特异调控元件，揭示了“境遇-发育-代谢”的协同进化。

　　4.光合进化的“器械箱”外面。钻探通过跨物种比力展现，BSC-MC间分别外达基因正在差别物种中分别较大。然而，调控这些基因的元件家族是一律的，这注脚Kranz剖解构造利用落伍的调控元件。同时，钻探显示，差别C₄植物类群选用了差别C₄代谢调控元件，如Eleocharis选拔境遇诱导的Homeobox元件家族、禾本科选拔非诱导的Dof元件、菊科黄顶菊属选拔非诱导的ERF元件。以是，差别C₄植物利用了落伍的调控元件家族驱动Kranz特化，但可从“器械箱”被选择差别途径的器械来驱动C₄光合，这揭示了光合影响趋同进化的遗传众样性。

　　5.生态符合与进化驱动力。针对该物种进化出C₄，而正在水生时变回C₃的情状，钻探职员解析其首要道理或是该物种利用了境遇诱导的调控元件来驱动C₄。该物种正在历久进化进程中，或先符合了时节性旱涝转化的生境，而历久水生、陆生境遇瓜代刺激，使植物进化出了反映境遇变动的剖解构造转换机制，如陆临蓐生较大的维管制和维管制鞘细胞，以支持植物并运输水分；水临蓐生退化维管结构并让结构更颀长，以减小水流阻力。跟着环球大气二氧化碳删除，植株利用这套机制的调控元件驱动了C₄光合。可是，C₄代谢必要较大的维管制鞘细胞，唯有陆生才华满意发生C₄的构造要求，以是该物种利用境遇调控体系同时调控C₄代谢和Kranz变成。进一步，陆生结构变成C₄光合还可提拔植物的干旱耐受性。

　　上述钻探展现了境遇反映元件可驱动C₄途径，并揭示了差别植物类群“拼装”C₄光合的众样化战略。接下来，钻探通过编辑这些症结调控元件，希望将C₄植物高效固碳特质引入水稻等C₃作物中，以应对环球天气转化下粮食安乐挑衅。