2022年3月

植物细胞与环境，DOI:10.1111/pce.14300

摘要

尽管贮藏根（SR）器官对木薯和其他根作物的产量很重要，但对其发育起源了解甚少。在这里，我们使用多种方法来阐明根系发育的初始阶段，证明SR和须根（FR）遵循不同的生根过程。对根膨大之前、期间和之后收集的根进行转录组分析，着重对根膨大至关重要的功能的早期和特异性激活，并确定了能够有效区分新出现的FR和SR的根特异性基因。淀粉和糖在SR中开始以更高的速率累积，在它们膨大之前，只有在薄壁组织产生。最后，使用非破坏性计算机断层扫描测量，研究表明，SR（而非FR）自其从茎中出现以来，包含一个与茎次生木质部连续的内部通道结构，这表明与FR相比，SR源自一个独特的生根过程。

Set up from the beginning: the origin and early development of cassava storage roots

March 2022

Plant Cell and Environment，DOI:10.1111/pce.14300

Abstract

Despite the importance of storage root (SR) organs for cassava and the other root crops yield, their developmental origin is poorly understood. Here we use multiple approaches to shed light on the initial stages of root development demonstrating that SR and fibrous roots (FR) follow different rhizogenic processes. Transcriptome analysis carried out on roots collected before, during, and after root bulking, highlighted early and specific activation of a number of functions essential for root swelling and identified root‐specific genes able to effectively discriminate emerging FR and SR. Starch and sugars start to accumulate at higher rate in SR before they swell but only after parenchyma tissue has been produced. Finally, using non‐destructive computed tomography measurements, we show that SR (but not FR) contain, since their emergence from the stem, an inner channel structure in continuity with the stem secondary xylem, indicating that SR derive from a distinct rhizogenic process compared with FR. This article is protected by copyright. All rights reserved.

Fraunhofer-Gesellschaft （弗劳恩霍夫应用研究协会）是德国也是欧洲大型的应用科学研究机构。Fraunhofer研究院专门开发出了针对植物表型研究的计算机断层扫描系统，分为便携式、台式、落地式以及整合在高通量植物表型成像平台上的系统。

人们在对植物各组织深入进行科研时，遇到了新的疑难问题。人们研究植物种子时，很难在不破坏种子的前提下探索其内部结构的变化。目前上使用的很多研究种子的先进技术大多是利用荧光法研究种子活力或其萌发率，这些方法能够高通量地达到某些研究目的，但始终无法得知种皮内部的结构和动态变化过程。再如，人们研究植物根系时，会遇到很多困难。传统的洗根扫描法确实能够清晰地将根系展现在人们眼前，但却破坏了其原有的状态；微根窗法能够解决原位测量的问题，但却不能探索土壤内部的根系分布；因此如何能够原位观测土壤中的根系变化成了阻挠广大科研工作者的难题。即便是有一种方法能够探测到土壤中的根系变化，那土壤是否会对根系的研究产生干扰？此外，如果人们需要研究植物茎杆，是否存在一种无损的方法探索其内部结构？

为解决这些难题，德国先进研究所推出了专门用于植物研究的CT三维成像系统，可对植物组织、果实、种子及土壤中的根系进行三维成像分析，无需专业的图像处理知识，可获取形态学以及内部性状信息。

植物CT成像系统应用领域

实验室植物CT成像系统广泛应用于植物对植物根系、茎杆的内部结构变化的研究。可以无损地探索盆栽中不同植物的根系变化，也可以测量茎杆的3D结构。

植物CT成像系统主要特点

适用于研究植物根系和茎杆

分析软件自动将盆栽中的土壤和根系分离，屏蔽土壤干扰

设备占地空间小，操作简单

体素分辨率高

可360度旋转拍摄样品

同步图像采集及3D重建

设备自带X光屏蔽层，有效可靠

可根据样品大小定制化不同系统