介绍一篇发表在Nature Methods上的文章，题目为CarboTag: a modular approach for live and functional imaging of plant cell walls。通讯作者是来自荷兰瓦赫宁根大学的Joris Sprakel，他们课题组主要关注植物细胞中的分子生物学和机械生物学。

细胞壁对于植物细胞的结构组成和信号传导非常重要，但在亚细胞分辨率下绘制其在活细胞的构成及活动一直具有挑战性。在本文中，作者设计了一种基于小分子的实时成像系统，可以用于多种颜色的细胞壁实时成像，无需额外的透化操作，并且可以用于评价细胞壁孔隙率、pH值和活性氧的功能成像。

作者从植物细胞用于细胞壁结合的化学成分中得到了灵感，决定使用硼酸来动态共价地结合细胞壁糖类中存在的二醇化合物。由于这一反应的最佳pH值在7-9之间，而植物细胞外的pH通常在4-8之间，作者对硼酸进一步进行化学改造，合成了吡啶硼酸，使得这一反应可以在酸性pH中形成稳定的络合物，作者进一步在吡啶环上修饰了炔基，使得其可以响应动态的生理环境。

相比于其他细胞壁染色剂，CarboTag-AF488可以在15-30min内完全渗透根部，并在1小时内达到染色强度，并且在24小时内没有观察到明显的细胞毒性。此外，CarboTag可以将任何携带叠氮化物的水溶性荧光基团转化为细胞壁染色剂，从而实现广泛的光谱成像。

为了进一步展示CarboTag的泛用性，作者用其与苯基-BODIPY（BDP）进行耦合，所得的CarboTag-BDP在允许自由旋转的水性介质中荧光寿命短，而在探针旋转受到严重阻碍时具有较高的荧光寿命，从而可以评价植物细胞的孔隙率。作者使用纤维素合酶抑制剂异恶酰草胺ISX（可以提升细胞壁中的去酯化果胶合木质素，使得细胞壁更致密）处理植物细胞后发现CarboTag-BDP的荧光寿命显著高于对照组。

作者还将CarboTag与OG或OX等荧光基团进行耦合，从而构建了细胞壁外的pH传感器和ROS传感器，这些探针可以用于识别植物生长和免疫过程中的细胞微环境变化，以便研究者在活细胞上观察植物细胞的代谢动力学问题。

总之，本文提出了一种基于分子基序的植物细胞壁荧光探针CarboTag，为以后研究植物细胞壁网络的实时结构组成和信号传导奠定了基础。

本文作者：LYC

责任编辑：MB

DOI：10.1038/s41592-025-02677-4

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41592-025-02677-4