转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

 

 

 

 

 

基本信息

主题：NMT发现富氢水可以提升Zn抑制植物吸Cd的效果 为探究富氢水降低植物Cd积累的机制提供证据

期刊：Journal of Hazardous Materials

影响因子：9.038

研究使用平台：NMT重金属创新平台

标题：IRT1 and ZIP2 were involved in exogenous hydrogen-rich water-reduced cadmium accumulation in Brassica chinensis and Arabidopsis thaliana

作者：南京农业大学崔瑾、吴雪

 

检测离子/分子指标

Cd²⁺

 

检测样品

① 小白菜根伸长区（距根尖600 μm根表上的点）和成熟区（距根尖1600 μm根表上的点）

② 拟南芥根伸长区（距根尖200 μm根表上的点）和成熟区（距根尖600 μm根表上的点）

 

中文摘要（谷歌机翻）

      通过镉（Cd）浓度，Cd²⁺荧光染色，非损伤微测技术（NMT）对Cd吸收进行分析，结果表明，HRW（hydrogen-rich water，富氢水）在降低小白菜幼苗根部对Cd的吸收方面具有显著的积极作用。BcIRT1（铁调节转运蛋白1）和BcZIP2（锌调节转运蛋白2）是小白菜中主要的Cd转运蛋白，但它们在HRW减少Cd吸收过程中的作用仍然未知。本研究验证了IRT1和ZIP2在白菜和拟南芥中HRW减少Cd吸收中的功能。在拟南芥中的异源和同源表达表明，HRW显著降低了野生型（Col-0）和转基因拟南芥IRT1和ZIP2中的Cd含量，但irt1和zip2突变体除外。NMT检测表明，HRW不仅降低了Cd²⁺在WT和转基因株系根部的内流，而且增强了Zn和Cd之间的竞争。综合来看，HRW诱导的植物Cd积累减少可能是通过抑制BcIRT1和BcZIP2的表达，影响BcIRT1和BcZIP2对离子吸收的偏好性导致的。

 

离子/分子流实验处理方法

预处理

① 2日龄小白菜幼苗在0、50% HRW中处理1 d

② 15-17日龄拟南芥幼苗在0、50% HRW中处理1 d

实时处理

6.25 μM/L FeSO₄ 或7.5 μM/L ZnSO₄实时处理10日龄拟南芥幼苗

 

离子/分子流结果

      HRW预处理使小白菜根伸长区和成熟区Cd²⁺流速分别降低了21.01%和31.97%（图1）。

 

 

图1. 50 μM Cd处理下HRW预处理对小白菜根部伸长区（A, C, E）和成熟区（B, D, F）Cd²⁺流速的影响。负值代表Cd²⁺内流。

 

      研究发现，除irt1-和zip2-突变体外，HRW预处理显著降低了拟南芥根伸长区Cd²⁺内流（图2）。HRW使WT和IRT1-和ZIP2-转基因拟南芥（图2G, H）的Cd²⁺平均内流速率从30.34 %显著降低到34.91 %。

图2. 50 μM Cd处理下HRW预处理对转基因拟南芥根伸长区Cd²⁺流速的影响。负值代表Cd²⁺内流。

 

      为了阐明Cd与Fe或Zn的相互关系，使用NMT技术对实时Fe²⁺或Zn²⁺处理下拟南芥根（距根尖200 μm）Cd²⁺流速进行了检测。无论有无HRW预处理，Fe²⁺的加入都急剧减少了Cd²⁺的内流，这可能是由于它们在根系吸收离子过程中的相互竞争所致（图3A）。在ZIP2型株系中，Zn²⁺显著减少了Cd²⁺的内流（图3B）。此外，进一步分析了由于添加铁或锌引起的Cd²⁺流速的降低率。结果表明，HRW预处理不会影响Cd²⁺和Fe²⁺之间的竞争关系（图3C）。但添加Zn²⁺时，37 %的HRW预处理显著降低了Cd²⁺流速（图3D）。这表明HRW处理后，更多的Zn²⁺被转运蛋白吸收，从而降低了对Cd²⁺的吸收。

图3. 实时Fe²⁺或Zn²⁺处理对有无HRW预处理的拟南芥根系Cd²⁺流速的影响。负值代表Cd²⁺内流。

 

其他实验结果

• HRW缓解了50 μM Cd胁迫对白菜生长的抑制作用。

• HRW抑制了白菜对Cd的吸收能力，最终导致Cd积累量降低。

• HRW抑制BcIRT1和BcZIP2的转录水平。

• HRW缓解了Cd对转基因拟南芥的毒性。

• HRW降低了转基因拟南芥的Cd积累。

• HRW降低转基因植物铁的浓度、提高锌的浓度。

 

结论

      本研究为阐明HRW降低白菜Cd积累的分子机制提供了新的见解。HRW能够降低参与Cd吸收的BcIRT1和BcZIP2的转录水平。此外，HRW还可影响Cd暴露下白菜和拟南芥中Fe和Zn的积累，改变Zn和Cd之间的竞争力。虽然HRW直接通过何种途径调控BcIRT1和BcZIP2尚不清楚，但本研究证实了BcIRT1和BcZIP2在HRW抑制Cd积累中的作用，这对阐明HRW在植物胁迫应答中的生理功能具有指导意义。

 

测试液

50 μM CdCl₂, 0.1 mM KCl, 0.3 mM MES, pH 6.0

 

崔瑾教授前期NMT成果：

南农PP：NMT主导钙依赖的活性氧信号介导富氢水促根系拒镉的研究| NMT活性氧创新科研平台

EP南农崔瑾：血红素加氧酶诱导剂抑制BcIRT1转录降低小白菜Cd吸收

 

NMT实验标准化方案

·重金属研究NMT标准化方案

 

NMT实验标准化方案

·活体培养环境监测仪

·智能自动化非损伤微测系统

 

 

 

 

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304389420325899

 

供稿：赵雪琦
编辑：杨爽
校稿：卻彦晗

 

关键词：镉；HRW；BcIRT1；BcZIP2；离子吸收；植物类

 

 

 

 

 

 

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

 

 

 

 

 

基本信息

主题：NMT发现甜菜碱促烟草保K⁺吸H⁺排Cd²⁺ 为探究其提升烟草Cd耐受机制提供证据

期刊：Environmental and Experimental Botany

影响因子：5.545

研究使用平台：NMT重金属胁迫创新平台

标题：Genetic engineering of glycinebetaine synthesis enhances cadmium tolerance in BADH-transgenic tobacco plants via reducing cadmium uptake and alleviating cadmium stress damage

作者：山东农业大学杨兴洪、刘洋、李重阳、张天鹏、Pengwen Feng

 

检测离子/分子指标

Cd²⁺、H⁺、K⁺

 

检测样品

野生型和BADH转基因烟草植株根、地上部分和根的连接处

 

中文摘要（谷歌机翻）

      镉（Cd）是一种对植物有毒的非必要元素，其在植物体内的积累可通过食物链影响人体健康。甜菜碱（GB）是植物抵御非生物胁迫的有效渗透调节物质，在各种逆境发挥重要作用。为了研究内源性GB在体内的积累是否能增强对镉的耐受性，研究使用甜菜碱醛脱氢酶（BADH）转基因烟草植物来探索GB在镉胁迫条件下的重要作用。结果表明，烟草暴露在镉胁迫下导致生长抑制和生物量降低，光合作用降低，必需矿物质吸收减少，氧化应激增加。然而，转基因烟草中GB的积累显著提高了对Cd的耐受性，表现为生长抑制减弱、光合速率提高和活性氧积累减少。GB可以调节Cd的吸收和转运，从而降低Cd的积累。此外，GB还减少了Cd胁迫下K⁺的外排，并调节离子转运基因以维持元素平衡。本研究结果提出了GB在提高转基因植物的Cd胁迫耐受性方面的新作用，建议GB作为缓解其他作物Cd毒性的潜在候选物。

 

离子/分子流实验处理

3周龄烟草幼苗0.5 mM CdCl₂处理24 h

 

离子/分子流结果

研究使用非损伤微测技术（NMT）测试了植物生长初期根尖中的Cd²⁺流速。BADH转基因株系中Cd²⁺的内流少于未经Cd处理的WT株系。0.5 mM CdCl₂处理后，WT株系Cd²⁺外排，平均值为131.81 pmol cm^-2s^-1，BADH转基因株系Cd²⁺外排增强，平均值为188.60 pmol cm^-2s^-1（图1A, B）。结果表明，转基因植株比野生型植株具有更大的净Cd²⁺流速范围。为了研究Cd对其他离子流速的影响，研究检测了有无0.5 mM Cd处理下的烟草植物中净H⁺和K⁺流速的变化。在无Cd处理下，转基因植株和WT株系的净H⁺流速差异不大。然而，在0.5 mM CdCl₂处理下，H⁺内流显著增加，且这种增加在转基因植株中更为明显（图1C, D）。在Cd胁迫下，BADH转基因株系和WT株系的K⁺流速曲线有明显的差异，K⁺的平均流速由内流变为外排，且WT株系中Cd胁迫诱导的K⁺外排速率大于转基因株系（图1E, F）。这些结果表明GB在Cd诱导下减少了K⁺外排，增强了Cd胁迫下烟草根部的H⁺内流。

为了进一步探讨其在GB影响Cd²⁺流速中的作用，研究分析了抑制剂对BADH-转基因植株和WT的Cd²⁺流速的影响。使用可以抑制质膜（PM）H⁺-ATPase的NaVO₄处理烟草。垂直培养10 d后，用NMT检测地上部分和根的连接处。在含有Cd²⁺的测试溶液中，BADH-转基因株系的Cd²⁺流入明显更强（图1G）。当加入抑制剂时，BADH-转基因系的Cd²⁺吸收明显减少（图1H）。这些结果表明，GB通过PM H⁺-ATPase影响Cd²⁺的吸收。

 

图1. 镉胁迫下不同离子流速的变化。正值代表Cd²⁺、H⁺、K⁺外排，负值代表Cd²⁺、H⁺、K⁺吸收。

 

其他实验结果

• 在Cd胁迫下，转基因植株中积累GB可促进植株的生长和根系发育。

• 在Cd胁迫下，转基因烟草植株中GB的积累保护叶绿体色素，维持较高的光合速率。

• 转基因烟草植株中GB的积累缓解了Cd胁迫诱导的PSII和PSI光抑制。

• 在Cd胁迫条件下，GB通过调节抗氧化酶防御系统减少ROS的积累。

• GB降低Cd积累，维持Cd胁迫下转基因植株的营养元素平衡。

• GB可能参与调节一些与Cd吸收和转运相关基因的表达。

 

结论

      在图2中提出了一个精确的机制假设。将甜菜碱醛脱氢酶BADH基因导入烟草体内积累GB，导致烟草对Cd胁迫的耐受性增强。转基因植物抗Cd毒性的最基本机制是由于GB在Cd胁迫下降低转基因植物中Cd积累的作用。这在一定程度上与GB调控Cd吸收、转运基因和PM H⁺-ATPase的调控有关，从而减轻Cd对转基因植株的毒害，维持离子平衡。此外，GB能够增强较高的抗氧化酶活性以清除更多的Cd诱导产生的ROS，从而保护光系统I和II免受Cd胁迫造成的损伤，有助于维持较高的光合速率，从而使转BADH基因烟草植株更好的生长发育。因此，GB可作为缓解其他作物镉毒害的潜在候选物质。

图2. 甜菜碱调控植物镉耐受性的潜在机制模型。

 

测试液

0.5 mM CdCl₂, 0.1 mM CaCl₂, pH 6.0

 

NMT实验标准化方案

·重金属研究NMT标准化方案

 

NMT实验标准化方案

·活体培养环境监测仪

·智能自动化非损伤微测系统

 

 

 

 

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S009884722100232X?via%3Dihub

 

供稿：赵雪琦
编辑：杨爽
校稿：卻彦晗

 

关键词：甜菜碱；镉胁迫；光保护作用；离子交换；氧化防御；植物类

 

 

 

 

 

 

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

 

 

 

 

 

基本信息

主题：长期β淀粉样蛋白肽暴露会通过K⁺外排介导机制导致神经元退行性改变和凋亡

期刊：PLoS ONE

研究使用平台：NMT毒理创新平台

标题：Tg2576 Cortical Neurons That Express Human Ab Are Susceptible to Extracellular Aβ-Induced, K⁺ Efflux Dependent Neurodegeneration

作者：塔斯马尼亚大学Roger S. Chung、Shannon Ray

 

检测离子/分子指标

H⁺、K⁺

 

检测样品

小鼠皮层神经元

 

中文摘要（谷歌机翻）

      AD的关键病理特征之一是不溶性淀粉样斑块的形成。这些细胞外斑块的主要成分是β-淀粉样肽（ β-amyloid peptide，Aβ），虽然Aβ在AD的神经元内也有聚集。由于这种疾病的进展缓慢的性质，神经元很可能长时间暴露于细胞内和细胞外Aβ亚致死浓度下。本研究发现暴露于亚致死浓度的Aβ_1-40（1 μM）6天可诱导Tg2576小鼠（表达大量亚致死水平的细胞内Aβ）培养的皮层神经元大量凋亡。值得注意的是，同龄未处理的Tg2576神经元没有出现凋亡的迹象，说明细胞内Aβ的水平不是毒性的原因。此外，在相同的慢性Aβ_1-40处理下，野生型神经元没有凋亡。研究发现这种凋亡与Tg2576神经元在Aβ处理后不能维持K⁺稳态有关。此外，阻断K⁺外排保护Tg2576神经元免受Aβ诱导的神经毒性。长期暴露于1 μM Aβ_1-40导致Tg2576神经元轴突肿胀，其中含有高浓度的过磷酸化tau。在相同的处理条件下，在野生型神经元中未观察到这些现象。本研究数据表明，当神经元长期暴露于胞内和胞外亚致死水平的Aβ时，这会导致具有类似AD病理特征的K⁺依赖性神经退行性病变。

 

离子/分子流实验处理

1 μM Aβ_1-40实时处理Tg2576转基因小鼠和野生型小鼠神经元

 

离子/分子流结果

有许多报道表明，细胞外抗体会引起神经元离子稳态的变化，这些变化会直接导致神经毒性。研究使用非损伤微测技术研究Aβ处理后是否会改变神经元维持离子稳态的能力。采用非损伤微测技术直接观察到Aβ处理可引起野生型神经元K⁺的快速外排（图1A），在Aβ_1-40处理后10 min内恢复稳态。然而，经Aβ_1-40处理的Tg2576神经元K⁺流速并未恢复稳态（图1B）。相反，在Aβ_1-40处理后，转基因神经元表现出K⁺的持续外排超过120 min（图2A）。Aβ_1-40处理后25 min的总K⁺流速的测定结果显示，Tg2576神经元的K⁺外排速率明显高于野生型神经元的外排速率（图1C）。另外，用1 μM Aβ_1-40连续处理3 d的野生型神经元并没有改变它们在Aβ治疗后维持K⁺稳态的能力（结果未显示）。

同时，研究还测定了Aβ_1-40处理后神经元的H⁺流速。Aβ_1-40处理的野生型神经元显示出H⁺迅速内流，在5 min内趋于稳定，整个记录期间保持稳定（图1D）。Tg2576神经元显示出对Aβ_1-40的类似反应（图1E）。然而，从处理后约10 min开始，Tg2576神经元的H⁺逐渐内流（图1E）。后者在接下来的120 min处理过程中进一步增加（图2B）。在Aβ处理后25 min内测量的总H⁺流速，结果显示与野生型神经元相比，Aβ_1-40诱导Tg2576神经元的H⁺大量内流（图1F）。

 

图1. 可溶性Aβ诱导Tg2576皮层神经元中K⁺快速外排。正值代表H⁺、K⁺吸收，负值代表H⁺、K⁺外排。

 

 图2.可溶性Aβ诱导Tg2576皮层神经元K⁺长时间外排。正值代表H⁺、K⁺吸收，负值代表H⁺、K⁺外排。

 

测试液

150 mM NaCl, 0.5 mM KCl, 0.5 mM CaCl₂, 1.5 mM MgCl₂, 1.25 mM NaH₂PO₄, 5 mM NaHCO₃, 25 mM glucose, pH 7.4

 

 

 

原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21556141/

 

供稿：赵雪琦
编辑：杨爽
校稿：卻彦晗

 

关键词：神经元；β-淀粉样蛋白肽；K⁺；神经退行性病变；生医动物类

 

 

 

 

 

 

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

 

 

 

 

 

基本信息

主题：NMT发现低分子壳聚糖致斑马鱼皮肤细胞排Na⁺↑且能被缓冲成份缓解 为其生物毒性特征提供了新见解

期刊：Carbohydrate Polymers

研究使用平台：NMT毒理创新平台

标题：Characterization and toxicology evaluation of low molecular weight chitosan on zebrafish

作者：台北医学大学郑嘉雄、周志铭、糜福龙

 

检测离子/分子指标

Na⁺

 

检测样品

斑马鱼幼鱼上皮细胞

 

中文摘要（谷歌机翻）

      壳聚糖被认为是无或低毒、生物相容性好的生物材料。为了提高DNA或蛋白质的传递效率，通常采用壳聚糖的消化来降低分子量和制备纳米颗粒。然而，低分子量壳聚糖（LMWCS）对淡水鱼类的毒性尚未得到很好的评价。本研究使用斑马鱼（Danio rerio）肝脏（ZFL）细胞系、斑马鱼幼鱼和成年鱼研究了LMWCS的毒性机制。LMWCS迅速诱导ZFL细胞的细胞毒性和斑马鱼的死亡。LMWCS损伤细胞膜使细胞活力降低。斑马鱼幼虫上皮细胞膜受损导致卵黄囊破裂。由于LMWCS的多重损伤，成年鱼在死亡前表现出缺氧的症状。虽然在斑马鱼模型中发现了LMWCS的毒性，但其毒性仅在pH<7时存在，并且容易被其他负离子中和。总的来说，这些数据提高了对LMWCS特性的新理解。

 

离子/分子流实验处理

斑马鱼幼鱼被浸泡在10 μg/mL低分子壳聚糖（LMWCS）和10 μg/mL LMWCS+10 mM Na₂HPO₄中5 min后检测。

 

离子/分子流结果

      用非损伤微测技术对斑马鱼幼鱼上皮细胞释放的Na⁺进行实时检测。用10 μg/mL的LMWCS孵育后，斑马鱼幼鱼的上皮细胞迅速释放出Na⁺。用10 mM Na₂HPO₄中和可显著逆转Na⁺的外排。总的来说，这些数据表明LMWCS破坏了斑马鱼幼鱼的上皮细胞膜功能。

 

图1. LMWCS损伤斑马鱼幼鱼上皮细胞膜诱导离子外排。正值代表Na⁺外排。

 

其他实验结果

• LMWCS对斑马鱼幼鱼具有一定的毒性，PBS和Na₂HPO₄缓冲液均能有效地中和这种毒性。

• LMWCS导致斑马鱼幼鱼的上皮细胞严重受损，最终导致其死亡。

• 在斑马鱼幼鱼死亡前，可能引起卵黄囊上皮损伤和行为异常。

• LMWCS对斑马鱼肝脏细胞膜损伤具有细胞毒性。

• LMWCS破坏了成年斑马鱼的组织，鳃瓣损伤是成年斑马鱼死亡的主要原因。

• LMWCS在河水中也可导致斑马鱼死亡。

 

结论

      LMWCS可迅速导致斑马鱼幼鱼和成鱼在水中死亡，即使在正常的河水中也是如此。LMWCS靶向并破坏上皮细胞膜和鳃瓣，诱导斑马鱼幼鱼和成鱼死亡。此外，LMWCS对斑马鱼肝细胞、斑马鱼幼鱼和成鱼的毒性可以用Na₂HPO₄缓冲液中和。即使在斑马鱼模型中也发现了LMWCS的毒性，但由于LMWCS的水不溶性和易被其它负离子中和，其毒性只存在于pH<7的环境中这些结果提供了对LMWCS特性的新理解。

 

测试液

0.5 mM NaCl, 0.2 mM CaSO₄, 0.2 mM MgSO₄, 0.16 mM KH₂PO₄, 0.16 mM K₂HPO₄, pH 7.0

 

NMT实验标准化方案

·毒理研究NMT标准化方案

·斑马鱼NMT标准化方案

 

NMT仪器信息

·活体培养环境监测仪

·智能自动化非损伤微测系统

 

 

 

 

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0144861720303386

 

关键词：低分子量壳聚糖；纳米粒；毒性；斑马鱼；生医动物类