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Cell Calcium:青农杨绍兰|钙流变化影响梨果实“硬头”|旭月活体研究通讯216期

       研究使用设备

图注:活体生理检测仪Physiolyzer®

     

       “硬头”病是黄金梨品种梨果实中常见的一种生理病害,但是对其发育过程中所涉及的机制知之甚少。

       2017年11月,青岛农业大学杨绍兰副教授在Cell Calcium上发表了一篇文章,题目为“The changes of intracellular calcium concentration and distribution in the hard end pear (Pyrus pyrifolia cv. ‘Whangkeumbae’) fruit”,主要探究梨果实中硬端失调与缺钙之间的关系。

       研究测定了梨果实的Ca2+流速、Ca2+分布,以及Ca、Mg、K、B及N的含量。结果显示,在果实发育过程中,“硬头”病梨中Ca/N、Ca/K、Ca/Mg及B含量显著低于正常组果实。然而,“硬头”病梨生长的环境中的土壤、叶片中没有检测到缺钙。

       除了检测元素含量,研究中还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®,检测了正常果实与“硬头”病梨果实不同部位的Ca2+流速。数据表明:开花90d后,“硬头”病梨花萼的Ca2+吸收明显低于正常组;果实发育阶段,“硬头”病梨果肉细胞中的游离Ca2+和Ca2+含量低于正常条件,开花120d后呈现相反趋势。

不同种类梨果实中,不同部位的Ca2+流速检测。负值表示吸收。

 

          研究不仅从Ca2+流的角度,而且结合基因功能验证等实验,结果表明:Ca2+吸收减少使得进入“硬头”病梨的Ca2+减少,导致胞内Ca2+失衡,因而引起硬端失调的发生。

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PP刊登旭月IAA新成果 旭月IAA流速技术值得信赖|旭月活体研究通讯215期

       研究使用设备

图注:活体生理检测仪Physiolyzer®

     

       2018年7月,Plant Physiology刊出了佛山科学技术学院喻敏教授与澳大利亚塔斯马尼亚大学Shabala教授的铝毒最新研究成果Boron Alleviates Aluminum Toxicity by Promoting Root Alkalization in Transition Zone via Polar Auxin Transport。(点击下载原文

       研究利用了非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology, NMT),检测了豌豆根部IAA流速及根表pH。IAA流速数据全部利用扬格NMT Physiolyzer®(NMT活体生理检测仪)完成,根表pH数据利用扬格NMT Physiolyzer®以及MIFE®(非损伤微测技术的一种)共同完成。

       除了两家通讯单位外,华中农业大学资环学院石磊教授、中科院南京土壤所沈仁芳研究员、南京农业大学资环学院朱毅勇教授课题组,以及德国波恩大学,均参与了此项研究。

       硼能够缓解高等植物的铝毒,但机制尚不够明确。本研究利用非损伤微测技术、溴甲酚绿pH检测等技术,证明了铝毒抑制根表pH梯度时,硼提升了根表pH梯度,促进过渡区碱化,伸长区酸化。硼明显降低了过渡区的铝积累,从而缓解了铝导致的根部伸长受阻。利用基于非损伤微测技术的NMT Physiolyzer®,检测IAA流速发现,在IAA极性运输最活跃的过渡区,硼部分缓解了因为铝而受到抑制的IAA极性运输过程。

       该研究成果解释了硼缓解铝毒的新机制,为在酸性土壤施用硼肥,降低植物铝积累和减轻植物铝的毒性作用,保障酸性土壤地区农业生产和农产品质量安全等,提供了有力的科学技术支撑,且具有重要的应用前景。

-/+B时,Al胁迫不同时间后,根表各区域的pH值。

      

       研究利用非损伤微测技术,检测根表pH发现,铝胁迫下,硼可以使过渡区在一定时间内维持相对较高的pH。

       无论是否施加铝胁迫,硼处理后根部的伸长率明显高于对照组。H+-ATPase抑制剂处理后,硼处理组与对照组相比,伸长率的差异消失。同样,IAA极性运输抑制剂NPA处理后,硼处理组与对照组相比,原本高于对照组的伸长率的差异(铝胁迫下)。并且,因为硼所致使的过渡区根表相对较高的pH,因NPA的抑制作用,也消失了。这表明,硼缓解铝毒,不仅与H+-ATPase有相关性,而且与IAA极性运输存在某种关联。

-/+B及-/+Al胁迫后,根表各区域IAA流速。正值代表外排。

       IAA流速数据结果显示,过渡区根表IAA外排最大,提示IAA向顶性运输是从静止中心经过渡区到达伸长区。这一结果与根表pH梯度的数据是相吻合的,即IAA外排大的位置,根表pH相对较高(过渡区),反之则较低(伸长区)。过渡区较大的IAA外排也一定程度上反映了此区域细胞胞质内的IAA含量较低,从而调控质膜H+-ATPase促进根表碱化。

-/+B及-/+Al胁迫后,各处理、各基因型样品根表pH值。

       最终结果显示,硼促进了被极性运输生长素外排转运体PIN2驱动的生长素极性运输,并且引起下游信号对质膜H+-ATPase的调节,使得根表pH升高。这一过程对降低铝在根尖的积累至关重要。

       佛山科技学院喻敏教授,从2011年开始利用旭月非损伤微测系统,开展离子流、分子流实验,并于2018年采购了扬格非损伤微测系统。扬格NMT Physiolyzer®除可以检测离子流外,还可以检测MIFE®等设备无法检测的IAA、H2O2、O2等分子的流速。

 

NMT技术答疑

       还记得2018你那8月16日第212期旭月活体研究通讯的内容吗?那一期我们就IAA流速检测的常见技术问题,进行了解答。随着喻敏教授这篇Plant Physiology文章的发表,提供了我们一个更佳的IAA流速问题咨询途径。旭月公司保证IAA流速检测技术的可靠性,是技术的专家,但是涉及IAA流速的科研问题,喻敏教授这些研究者才是专家!

       在此,我们再次将这些问题,以及旭月研究院从技术角度的答复贴出来,供各位参考。

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。

 

非损伤微测技术国际交流

     伍兹霍尔海洋生物学实验室(MBL

       受“中关村旭月非损伤微测技术产业联盟”(简称“中关村NMT联盟”)委派,联盟理事单位——旭月公司前往美国,进行项目合作、学术技术交流。上周,在美国扬格公司NMT研究分析师Elora Simkins女士的带领下,走访了位于麻省科德角伍兹霍尔的海洋生物学实验室(Marine Biological Laboratory, MBL

 

许越(现代NMT联合创始人)与Jaffe教授切磋NMT技术

       MBL是57位诺贝尔奖得主工作学习过的地方。1990年,非损伤微测技术的主要发明人,神经研究专家Lionel F. Jaffe教授(1927-2011),在此将自己提出的钙离子流检测的原初概念成功付诸实践,并于1991年,在MBL的“周五晚间报告”活动中,作了题为“Calcium Oscillations, Waves, and Gradients”的报告,标志着非损伤微测技术的正式诞生。

 

MBL Candle House

       MBL的“明星”莫过于枪乌贼,透明的身体、粗大的神经纤维,吸引了众多的神经研究者来此研究。

枪乌贼(来自于网络)

       MBL“高龄”志愿者导游、MBL前主任H. Burr Steinbach的女儿Mary Ulbrich女士,激情满满,带领参观了海洋资源中心,讲了伍兹霍尔、科德角当地的有趣故事,还不忘展示自己的宝贝——剑鱼鼻骨“宝剑”。

MBL志愿者导游Mary Ulbrich女士生动讲解

       MBLWHOI(海洋生物学实验室&伍兹霍尔海洋研究所)图书馆技术服务协调员Matthew Person,展示了这里历史悠久的图书馆。还特别展示了众多馆藏宝贝,“现代遗传学之父”托马斯·亨特·摩根的诺贝尔奖章及获奖公文、达尔文赠给MBL研究者的《进化论》......

MBLWHOI图书馆的藏品

MBLWHOI图书馆技术服务协调员Matthew Person作讲解

      同时,感谢MBL发展与通讯协调员Carolyn L. Johnson女士(玫红色上衣)的协调联络工作!

      MBL所在的麻省科德角,濒临大西洋,是美国著名度假圣地。每年夏天,除了络绎不绝的游客,来MBL、伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)做阶段性研究的学者也非常之多。MBL研究时使用的海水,直接从一条马路之隔的大西洋中,抽取的新鲜海水。因为奇特的地形构造MBL海岸的海水非常干净,为研究提供了可靠的材料保证。

《寂静的春天》作者蕾切尔·卡森在MBL留下过学习与研究的足迹

      受联盟会员单位中的科研院校之托,此次走访的首要任务,是在生命科学领域,为会员单位的人才引进计划,物色潜在人选。如果您的单位对国际人才,尤其是华人人才引进,以及国际科研合作感兴趣,欢迎联系我们。

重大科研先机:铜Cu、铅Pb『流速』传感器上市!

 

第214期-EEB:西北农林马锋旺|干旱胁迫促进海棠铵吸收

       研究使用设备

图注:活体生理检测仪Physiolyzer®

NISC文献编号:C2018-005

       目前,植物如何优化它们对于不同形态无机氮的偏好性,从而提高其在逆境中的生存适应性,这一机制还不是很清楚。

       2018年4月,西北农林科技大学马锋旺教授课题组在Environmental and Experimental Botany上发表了一篇题为“Ammonium uptake increases in response to PEG-induced drought stress inMalus hupehensisRehd”的成果,主要研究干旱胁迫对海棠幼苗根系铵吸收的影响机制。

海棠幼苗根尖NH4+流检测图

       实验采用水培系统,监测海棠幼苗在干旱条件(5%PEG)下供应低氮与正常氮(0.05 mM和1.0 mM NH4NO3)时,其形态、生理和分子变化。研究中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®,检测了干旱胁迫时,不同氮供应条件下海棠幼苗根尖的NH4+与NO3-流速。

不同条件下,海棠幼苗根尖NH4+、NO3-流速检测。正值表示吸收

       同时,还将谙硝流速数据与同位素质谱的结果相结合,发现:干旱条件下,稳态15NH4+的吸收速率高于15NO3-。转录组数据表明:干旱条件下,与铵吸收相关的转运基因(AMT4;2和AMT4;3)明显上调,而硝相关基因表达水平下调。最终得到结论:与NO3-相比,NH4+对于干旱胁迫更加敏感,具体表现是吸收率更大,并且根部的吸收区域增大。

如何设计非损伤NO3-/K+吸收实验

 

非损伤微测技术国际交流

       受“中关村旭月非损伤微测技术产业联盟”(简称“中关村NMT联盟”)委派,联盟理事单位——旭月公司前往美国,进行项目合作、学术技术交流。

  • 科研院校项目合作洽谈

       目前已经走访了麻省大学阿默斯特分校,后续将继续走访哈佛大学、麻省理工学院、塔夫茨大学等院校。受联盟会员单位中的科研院校之托,此次走访的首要任务,是在生命科学领域,为会员单位的人才引进计划,物色潜在人选。

       如果您的单位对国际人才,尤其是华人人才引进,以及国际科研合作感兴趣,欢迎联系我们。

麻省大学阿默斯特分校Morrill Science Center

麻省大学阿默斯特分校

  • 技术交流

       此行,旭月将最新研发的Cu2+、Pb2+流速传感器带到美国,并与美国扬格公司,进行了深入地技术交流,学习了美国扬格公司最新的自动化非损伤技术以及相关理念。

美国扬格公司

非损伤微测技术交流

交流讨论

    

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。

第213期-Sci Rep:林科院亚林所卓仁英| Nramp金属转运体促植物Cd积累

       研究使用设备

图注:活体生理检测仪Physiolyzer®

NISC文献编号:C2017-029

       植物天然抗性巨噬细胞蛋白(Nramp)家族在重金属胁迫中起着重要的作用。然而,现有研究几乎没有发现Nramps在重金属富集植物 东南景天中的功能特征。

       2017年,中国林科院亚热带林业研究所卓仁英研究员课题组在Scientific Reports上发表了题目为“Sedum alfredii SaNramp6 Metal Transporter Contributes to Cadmium Accumulation in Transgenic Arabidopsis thaliana”(Sci Rep, 2017, 7(1):13318.)的文章,探究东南景天Nramp在重金属胁迫时的作用。

       实验以东南景天为材料,克隆并鉴定了Nramp6基因,分析其在转基因拟南芥中的功能。SaNramp6 cDNA包含一个1638bp的ORF,编码545个氨基酸。镉(Cd)胁迫可诱导SaNramp6的表达,根和叶片分别处理一周和12h后达到峰值。

       SaNramp6定位于拟南芥、红花烟草下表皮、洋葱表皮细胞的原生质体质膜上。在酵母突变体的异源表达实验显示,SaNramp6增加了酵母细胞中的Cd含量。此外,在Cd胁迫下,Cd浓度、易位因子、Cd2+流速的数据结果显示,SaNramp6过表达拟南芥表现出很高的Cd积累水平。

拟南芥根部Cd2+流检测图

       其中,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NMT Physiolyzer®检测Cd2+流速,结果显示,相比于野生型拟南芥,过表达组中Cd2+吸收速率明显提高,而突变组明显下降。

各组拟南芥的Cd2+流速结果。负值表示吸收

       卓仁英研究员主要专注于林木耐盐、重金属cd抗性的育种研究。自2017年开始,已经利用非损伤微测技术,在Front Plant Sci、Environ Exp Bot等期刊,发表SCI文章4篇,累计影响因子16.789。

重大科研先机:铜、铅流速传感器上市!

       2018年8月底,旭月公司最新研发的铜(Cu2+)、铅(Pb2+)流速传感器正式对外提供销售、检测服务。

       作为这一研究方向的学者,如果你多犹豫1秒,我将以重金属镉(Cd2+)流速传感器的案例告诉你,你将会失去多么大的科研先机!

       自旭月Cd2+流速传感器商业化后,目前已发表38篇SCI文章,累积影响因子150.4。对于已经在植物领域五大学术期刊(PP、PJ、PC、MP、NP)发文数量,占据2个第一3个第二(2017年中国植物科学若干领域重要研究进展,植物学报.)的中国植物科研界来说,这当然不算什么。

       但是,当我们挑出这38篇中最先发表的10篇SCI文章,统计引用次数时,结果惊呆了。它们的平均引用次数达到了47.6次,平均发表年限为5年,换算为“影响因子”,接近于10!相比于这10篇文章真实的平均影响因子4.0175,足以看出当年占得Cd2+流速传感器先机的研究者们,获得了多么大的科研回报!

利用旭月Cd2+传感器最先发表的10篇SCI文章

      还在等什么呢!?第一篇Cu2+、Pb2+流速文章都已经发表了!联系我们,抓住科研先机。

     

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。

 

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。