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旭月NMT简报---关键词搜索:

第212期-Environ Exp Bot:林科院亚林所卓仁英|沙柳致病蛋白抑制植物耐盐能力

       研究使用设备

图注:活体生理检测仪Physiolyzer®

       致病相关(PR)蛋白参与植物防御,其具有多种功能适应性,有助于抵抗各种病原体、提高环境胁迫耐受性。沙柳是一种生长迅速的柳树品种,可以耐受许多不利环境。

       中国林科院亚热带林业研究所卓仁英教授课题组在Environmental and Experimental Botany上发表了一篇文章,题目为“Pathogenesis-related protein PR10 from Salix matsudana Koidz exhibits resistance to salt stress in transgenic Arabidopsis thaliana”,主要探究PR蛋白在植物耐盐机制中起到的作用。

       前期的比较蛋白质组学分析表明:沙柳PR蛋白(SmPR10)较为丰富,经过100 mM NaCl处理后表达上调。本实验以沙柳为材料,克隆并鉴定了SmPR10基因,以验证其在耐盐性中的作用。SmPR10的氨基酸序列与紫苏柳和毛白杨的PR蛋白的序列同源性分别为98%和93%。SmPR10定位在拟南芥原生质体的胞质中,根的转录及蛋白水平较高,且100mM NaCl处理后表达上调。免疫定位分析发现,韧皮部纤维细胞和根木质部中特异性的检测到SmPR10。而且,SmPR10的异质过表达提高了转基因拟南芥的耐盐性,具体表现在根长度、根数量、Na+流速、以及叶绿素含量、MDA含量、电导率等生理参数及SOD和POD酶活性水平。

拟南芥根部Na+流检测图

对照组、盐胁迫组拟南芥根部Na+流结果。正值表示外排

       其中,Na+流速利用基于非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology, NMT)的NMT活体生理检测仪 Physiolyzer®进行检测,发现正常条件下,转基因组与野生对照组的Na+外排相似。但是,100mM NaCl处理后,转基因组的Na+外排明显增加。这说明:相比于野生型,SmPR10过表达幼苗根部的Na+外排能力更高,从而更加耐盐。

       目前,林科院、北京林大、南京林大、东北林大、福建农林等国内主要的林木研究单位,均已采购美国扬格/旭月北京非损伤设备。近期,林业领域大家庭中又新添一份子——中国林业科学院资源昆虫研究所。

       7月26日,美国扬格/旭月北京非损伤微测系统,顺利中标中国林业科学院资源昆虫研究所。资源昆虫所下设工业原料昆虫、食药用昆虫、环境昆虫、森林病虫害、恢复生态、森林培育、分子生物学与生物化学、林产化工、国际真菌研究中心等多个研究室,NMT作为通过检测离子、分子检测,揭示活体生物与外界环境进行信息交换的工具,它到底能为资源昆虫所带来哪些新的科研机遇与成果呢?

1、工业原料昆虫相关产品生产的基础研究

       紫胶、白蜡、五倍子研究是资源昆虫所的优势。在提升五倍子质量、产量研究过程中,五倍子同母体间营养物质、信号的交换运输,可以通过非损伤对母体-虫瘿连接部进行检测。类似的研究,在愈伤组织上已经开展。

       此外,蚕丝形成的主要器官丝腺,也有研究者已经利用非损伤开展离子转运相关研究。

2、森林病虫害研究

1)虫害

       “离子流信号是植物感受外界刺激的原初信号”。北京林业大学沈应柏教授在接受中关村非损伤微测技术产业联盟(简称“NMT联盟”)采访时表示,在植物抗虫防御研究中,植物为什么能够识别出昆虫取食?这与离子流信号的传递密切相关。

离子流是植物感知外界刺激的原初信号

      在应对外界刺激时,植物也会做出多种调整,其中很重要的一点就是调节气孔的开闭。沈应柏教授利用非损伤,对气孔调节机制进行了深入研究,并在Plant Journal(2015, 83(4): 638-649.)上发表了研究成果。

非损伤观测离子流调控气孔开闭的过程

      在应对外界刺激时,植物也会做出多种调整,其中很重要的一点就是调节气孔的开闭。沈应柏教授利用非损伤,对气孔调节机制进行了深入研究,并在Plant Journal(2015, 83(4): 638-649.)上发表了研究成果。

2)病害

       Ca2+振荡是病原菌与植物形成稳定互作的标志。

病原菌侵染后叶肉组织的Ca2+流振荡现象

J Membrane Biol, 1998, 161(1): 45-54.

90年代末,研究者们就开始利用NMT研究植物病原体侵染过程的微观信号传递。目前的研究成果显示,病原体侵染植物的过程,与Ca2+、K+、Cl-等诸多离子流信号相关。

 

3、森林培育之良种生产

耐盐碱、耐瘠薄、生长周期短、产量高。非损伤在林木育种领域的应用,相比于其它领域尤为突出。北京林业大学陈少良教授是国内最先应用NMT进行林木抗逆研究的研究者,其2009年发表的通篇使用NMT离子流数据的文章(Plant Physiol, 2009, 149: 1141-1153.),引用次数已达177次。目前,Na+、K+、H+流,已成为陈少良教授实验室研究的基石。

其后,来自林科院苏晓华研究员、西北农林科技大学(现中国林科院)的罗志斌教授、东北林业大学(现浙江农林大学)柳参奎教授、林科院亚林所卓仁英研究院,在林木盐碱胁迫、氮营养、重金属胁迫等领域,发表了诸多研究成果。

为什么会被非损伤所吸引用于林木重金属研究?

 

NMT技术答疑

我测到的IAA流速结果同国外文献相比,同样的根部区域,IAA流动方向是相反,且数量级上有较大差异,为什么?

旭月答复

1、旭月IAA传感器灵敏度更高

旭月的IAA传感器,是商业化的IAA传感器,是经过严格的研发过程才最终面世的。比国外实验室里用的IAA传感器,灵敏度高1-2个数量级。

2、实验体系的不同可能引起差异

1)国外文献中的IAA传感器,必须在测试液中加入IAA,才能测到信号。旭月经商业化研发的IAA传感器,可检测内源IAA,无需在测试液中加入IAA,这种体系更接近于样品的真实生长环境。如果想要进一步同文献中的实验进行对比,可以来旭月尝试测试液中加IAA的实验;

2)不同的样品、不同的培养方式等等,也可能会引起上述差异。

3、IAA流速背后是巨大的科研机会

目前,IAA流速在国际范围内,也都是比较新颖的数据结果,这方面研究依然处于探索阶段,科研机会巨大。

经过艰苦的研发,旭月在技术上已经来到世界前沿,但国内运用NMT进行IAA研究的学者们,也必须在学术层面跟上领先者的步伐,同时要有信心迎接面临的挑战,才有可能抓住这个机遇。

4、旭月公司可提供专业化的协助

旭月拥有世界先进的IAA流速传感器技术,可提供极具说服力的IAA信号源/样品信号对比实验服务。我们非常愿意以商业合作的模式,帮助研究者在IAA研究上需求突破。同样,合作的前提是您必须对旭月、对国人的技术有信心。

     

注:SIET、MIFE、SVET、SPET等技术名称,已经统一为Non-invasive Micro-test Technology,中文名“非损伤微测技术”,简称NMT。