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基本信息

主题：NMT发现石墨烯基材料的植物毒性与其抑制硝酸盐吸收相关

期刊：Environmental Pollution

影响因子：6.792

研究使用平台：NMT植物营养创新平台

标题：Graphene oxide exposure suppresses nitrate uptake by roots of wheat seedlings

作者：浙江工商大学都韶婷、翁轶能

 

检测离子/分子指标

NO₃^-

 

检测样品

小麦

 

中文摘要（谷歌机翻）

      尽管有大量研究报告了基于石墨烯材料的植物毒性，但这些材料对植物吸收养分的影响仍不清楚。本研究表明，在200~800 mg L^-1的条件下，用氧化石墨烯（graphene oxide，GO）处理小麦植株根部的硝酸盐浓度明显下降。非损伤微测技术（NMT）数据表明，GO能显著抑制小麦根分生区、伸长区和成熟区的NO₃^-净内流。此外还观察到根尖发白、皱褶、氧化应激和呼吸作用减弱等现象。这些观察结果表明，GO对植物根系的生长非常不利，会抑制了根系吸收面积的增加。在分子水平上，GO处理造成DNA损伤，抑制了小麦根部大多数硝酸盐运输体（NRTs）的表达，其中下调最明显的基因是NRT1.3、NRT1.5、NRT2.1、NRT2.3、和NRT2.4。本研究得出的结论是，GO处理减少了根系吸收面积和根系活性，并降低了NRTs的表达，这可能因此抑制了NO₃^-吸收率，导致逆境植物中硝酸盐的有害积累（adverse nitrate accumulation）。

 

离子/分子流实验处理方法

培养3 d的小麦苗在0、400 mg L^-1氧化石墨烯中处理3 d

 

离子/分子流实验结果

      由于400 mg L^-1 GO足以引起小麦中NO₃^--N浓度的显著下降，因此选择这一处理水平，利用NMT研究GO对根部NO₃^-内流的影响。无论GO处理浓度如何，所选的3个根区（分生区、伸长区和成熟区）的NO₃^-内流速率均为负值，表明NO₃^-被根部吸收。此外，与对照组相比，GO处理使根系分生区、伸长区和成熟区的NO₃^-的内流速率分别显著下降10%、16%和7%（图1）。因此，GO处理可以抑制根部对硝酸盐的吸收，最大的抑制作用发生在伸长区。

 

图1. GO对小麦根部NO₃^-净流速的影响。正值代表NO₃^-外排，负值代表NO₃^-吸收。

 

测试液

6 mM KNO₃, 2 mM CaNO₃, 0.1 μMMgSO₄, 0.1 mM NH₄H₂PO₄，pH 6.0

 

仪器采购信息

据中关村NMT产业联盟了解，浙江地区的中国水稻研究所、中国农业科学院茶叶研究所分别于2016年、2015年采购了旭月（北京）科技有限公司的非损伤微测系统。

 

 

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114224

 

关键词：非损伤微测技术；NO₃^-流速；小麦；氧化石墨烯；植物毒性

 

 

 

 

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基本信息

主题：ABA充当NO₃^-传导器激活TaNRT2促NO₃^-吸收

期刊：Plant Physiology

影响因子：6.305

研究使用平台：NMT植物营养创新平台

标题：TaANR1-TaBG1 and TaWabi5-TaNRT2s/NARs link ABA metabolism and nitrate acquisition in wheat roots

作者：中科院南京土壤所施卫明，山东大学夏光敏

 

检测离子/分子指标

NO₃^-

 

检测样品

小麦根，距根尖0.05、0.1、0.3、0.5、1.5、3、5、10、20、30 mm根表上的点

 

中文摘要（谷歌机翻）

      对于大多数植物而言，硝酸盐是氮的首选形式，既可作为营养物又可作为信号分子。然而，世界上最重要的作物品种之一的普通小麦（Triticum aestivum）对硝酸盐的吸收和调控因子仍不清楚，这主要是由于其六倍体基因组的复杂性所决定的。基于最近发布的普通小麦全基因组信息，对高亲和力NRT2和NAR基因家族进行了研究。研究表明，硝酸盐撤除（withdrawal）后，硝酸盐再供应会刺激面包小麦根中的ABA-GE解偶联（deconjugation），从而导致根部组织ABA积累增强，而这种增强反过来又会影响根型NRT2/NAR基因的表达。TaANR1通过直接激活TaBG1来调节硝酸盐介导的ABA积累，而TaWabi5参与ABA介导的NO₃^-诱导的NRT2/NAR基因。基于之前ABA参与高硝酸盐胁迫发育响应的证据，本研究表明，ABA还通过调控NRT2/NAR基因在有限硝酸盐供应下的表达，促进了硝酸盐吸收的优化，为改善作物的硝酸盐吸收提供了新的目标。

 

离子/分子流实验处理方法

15 d的小麦幼苗，0.2 mM KNO₃或0.2 mM KNO₃+50 μM ABA处理1 h

 

离子/分子流实验结果

      通过非损伤微测技术技术（NMT）对净NO₃^-流速进行检测，结果表明施加外源ABA主要影响净硝酸盐内流，尤其是在根尖成熟区，但不影响硝酸盐外排（图1）。

 

图1. ABA对普通小麦硝酸盐吸收的影响。正值代表NO₃^-外排，负值代表NO₃^-吸收。

 

测试液

0.2 mM KNO₃，pH 6.0

 

仪器采购信息

• 据中关村NMT产业联盟了解，江苏地区的中国科学院南京土壤研究所于2017年采购了美国扬格公司的非损伤微测系统。

• 据中关村NMT产业联盟了解，山东地区的中国科学院烟台海岸带研究所于2020年采购了美国扬格公司的非损伤微测系统。

 

 

原文链接：http://www.plantphysiol.org/content/early/2020/01/14/pp.19.01482

 

关键词：非损伤微测技术；植物营养；NO₃^-；ABA；小麦

 

 

 

 

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发现葡萄糖可诱导i-β细胞Ca浓度增加释放胰岛素是糖尿病治疗的潜在胰岛β细胞来源

期刊：Frontiers in Cell and Developmental Biology

影响因子：5.201

研究使用平台：NMT代谢疾病研究创新平台

标题：miR-212/132-Enriched Extracellular Vesicles Promote Differentiation of Induced Pluripotent Stem Cells Into Pancreatic Beta Cells

通讯作者：高玉花（济宁医学院、中国农业科学院北京畜牧兽医研究所）、关伟军（中国农业科学院北京畜牧兽医研究所）、李向臣（浙江农林大学）

第一作者：白春雨（济宁医学院、中国农业科学院北京畜牧兽医研究所）

 

检测离子/分子指标

Ca²⁺

 

检测样品

人类β细胞、多能干细胞（iPSCs）、iPSCs分化β细胞（i-Beta cells）

 

中文摘要（谷歌机翻）

      胰岛β细胞移植是治疗1型糖尿病（T1DM）的理想方法，从患者身上诱导多能干细胞（iPSCs）中产生β细胞是一种很有前景的策略。本研究改进了以往的策略，利用成熟β细胞的细胞外囊泡（EVs）和iPSCs分化β细胞（i-Beta cells）生产β细胞，在体外葡萄糖刺激下分泌胰岛素，并改善体内的高血糖症。机制分析显示，EV携带的microRNA(miR)-212/132(EV-miR-212/132)直接与FBW7的30UTR结合以阻止其翻译，FBW7与NGN3结合以加速其蛋白体降解。EV-miR-2120/132稳定NGN3表达，促进诱导iPSCs向内分泌细胞分化。此外，NGN3与PDX1结合，增强内源性miR-212/132的转录，形成维持成熟胰岛β细胞功能的正调控回路。

 

离子/分子流实验处理方法

20 mM葡萄糖实时处理

 

离子/分子流实验结果

      利用非损伤微测技术（NMT）检测Ca²⁺内流速率。检测前将i-β细胞接种于35 mm培养皿中，用含2 mM葡萄糖的测试液灌流，然后加入高浓度葡萄糖（20 mM）。结果表明，20 mM葡萄糖显著提高i- β细胞内Ca²⁺浓度。相反，iPSCs表现出钙响应异常（图1）。

 

图1. 人类β细胞、i-β细胞和iPSCs中的Ca²⁺流速。(A-C)通过NMT检测的人类β细胞、i-β细胞和iPSCs的图像。(D-F)葡萄糖实时处理诱导人类β细胞、i-β细胞和iPSCs的Ca²⁺流速模式。在加入20 mM葡萄糖后，人β细胞和i-β细胞观察到了Ca²⁺的内流，而iPSCs则没有。

 

 

其它实验结果

• EVs有效地将其生物分子传递给iPSCs并协助分化为i-β细胞。

• 用2和20 mM葡萄糖处理时，i-β细胞释放胰岛素，而iPSCs在体外不释放胰岛素。

• 通过透射电镜检测胰岛素颗粒，并分析人β细胞和i-β细胞中每个细胞胰岛素颗粒的数量。在i-β细胞和人β细胞中观察到发育的胰岛素颗粒和成熟的、结晶的胰岛素颗粒，平均每个细胞胰岛素颗粒分别为58±9个和68±12个。

• 利用共聚焦光学系统实时监测i-β细胞和Fluo-4AM标记的iPSCs钙内流。Ca²⁺的荧光值显示，i-β细胞和人类β细胞通过增加细胞内Ca²⁺对葡萄糖的连续刺激产生响应。

• 为了证明EVs在i-β细胞分化中的作用，通过qPCR检测不同阶段转录因子的mRNA水平， 从第三阶段开始，NGN3的mRNA水平急剧升高，在7天和14天的第四阶段没有观察到明显的变化，但蛋白质水平明显增加，这意味着翻译后修饰调节NGN3的稳定性。

• EV携带的miRNAs中，明显富集的前五个miRNAs（miR-21-5p、miR-29a-3p、miR-7b-5p、Let-7f和miR-212-3p/132-3p）在以前的研究中被报道参与了胰岛β细胞的发育和维持其功能。将这5种miRNAs的抑制剂应用于i-β细胞与EVs结合。通过流式细胞仪检测胰岛素阳性细胞，这表明这5个miRNAs参与了i-β细胞的形成，但加入miR-212-3p和miR-132-3p抑制剂后，阳性细胞明显减少。

• EV-miR-212/132通过靶向30UTR的种子序列直接抑制FBW7的翻译。

• 在EV-miR-212/132介导的Fbw7损失后，神经元素3（Neurogenin3, Ngn3）的稳定有助于分化程序，诱导iPSCs分化为i-Beta细胞。

• EV携带的miR-212/132稳定了NGN3的表达，使其与PDX1结合，并通过形成调控回路增强miR-212/132的转录。

• 移植i-β细胞和人β细胞后，小鼠肾脏附近存在胰岛样结构，而iPSCs不存在。

• i-β细胞与正常人的β细胞或其他干细胞衍生的β细胞类似，能够分泌胰岛素并迅速改善糖尿病小鼠的高血糖。

 

 

结论

      本研究改进了利用miR-212/132富集的细胞外囊泡从iPSCs分化β细胞的策略，阐明了miR-212/132在此过程中靶向FBW7稳定NGN3表达的重要作用。此外，NGN3与PDX1结合，增强内源性miR-212/132的转录，形成维持成熟胰岛β细胞功能的正调控电路（图2）。本研究为iPSCs体外培养胰岛β细胞提供了新策略，并为1型糖尿病移植治疗提供了潜在的胰岛β细胞来源。

 

 

 

测试液

0.1 mM CaCl₂, 0.5 mM KCl, 137 mM NaCl, 0.1mM NaHCO₃, 0.1 mM KH₂PO₄, 0.1 mM Na₂HPO₄, 5.6 mM葡萄糖, pH7.2

 

仪器采购信息

• 据中关村NMT产业联盟了解，北京地区的北京大学于2019年采购了美国扬格公司的非损伤微测系统。

•  

  据中关村NMT产业联盟了解，山东地区的中国科学院烟台海岸带研究所于2020年采购了美国扬格公司的非损伤微测系统。

•  

  据中关村NMT产业联盟了解，浙江地区的中国林业科学研究院亚热带林业研究所于2014年采购了旭月公司的非损伤微测系统。

 

 

原文链接：https://doi.org/10.3389/fcell.2021.673231

 

关键词：iPSCs；β细胞；分化；细胞外囊泡；miRNAs

 

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转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

 

感谢本文一作，南京农业大学杨兴浩校稿 

 

 

基本信息

主题：NMT发现H₂S利于CH₄减少紫花苜蓿Cd吸收

期刊：Environmental Pollution

影响因子：6.792（IF5Y=6.939）

研究使用平台：NMT重金属创新平台

标题：Methane control of cadmium tolerance in alfalfa roots requires hydrogen sulfide

作者：南京农业大学沈文飚、杨兴浩

 

检测离子/分子指标

Cd²⁺

 

检测样品

紫花苜蓿根尖伸长区（距根尖顶端500 μm根表上的点）

 

中文摘要

      硫化氢（H₂S）是响应重金属胁迫的气体信号，而第二大温室气体甲烷（CH₄）则可赋予植物镉（Cd）耐受性。本研究评估了CH₄和H₂S调控紫花苜蓿（Medicago sativa）Cd耐受性的因果关系。本研究结果表明，CH₄的加入不仅促进了内源H₂S合成，而且减缓了Cd对紫花苜蓿幼苗生长的抑制作用，这与CH₄能缓解根系组织氧化还原失衡和细胞死亡有关。在去除内源H₂S后，无论是在亚牛磺酸（HT；H₂S清除剂）还是DL-炔丙基甘氨酸（PAG；H₂S生物合成抑制剂）存在下，根系中都没有观察到上述结果。利用原位非损伤微测技术（NMT）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）证实了H₂S参与CH₄抑制Cd在根部的内流和积累，这可以通过重建谷胱甘肽（GSH）库（还原型/氧化型谷胱甘肽和同源型谷胱甘肽）稳态和促进抗氧化防御来解释。总的来说，本文的研究结果清楚地揭示了H₂S在CH₄下游起作用，增强了苜蓿对Cd胁迫的耐受性，这对基础和应用植物生物学都有重要意义。

 

离子/分子流实验处理

4日龄紫花苜蓿分别在1.30 mmol L^-1 CH₄、100 mmol L^-1 NaHS、1 mmol L^-1 HT和2 mmol L^-1 PAG中处理6 h，然后直接或经Cd测试液预平衡后进行离子流速监测。

 

离子/分子流实验结果

      进一步利用NMT监测根尖Cd²⁺流速。当幼苗暴露在未经Cd处理的Cd测试液中时，Cd在根尖的内流速率先增大，随后减小到一定水平并保持相对稳定（图1D, E）。当幼苗的根尖在Cd测试液中预平衡30 min后，可以清楚地观察到10 min内的稳定Cd²⁺内流速率（图1F, G）。无论在有无Cd测试液预平衡的实验中，CH₄和H₂S都能明显降低Cd的内流速率，然而在加入HT和PAG后Cd²⁺内流速率被逆转（图1D-H）。同时，在只用HT或PAG处理的样品中，观察到Cd²⁺吸收加剧。上述结果清楚地说明了内源性H₂S在CH₄减少Cd积累和Cd吸收中的重要作用。

 

图1.H₂S是CH₄减少Cd积累和吸收的必要条件。负值代表Cd²⁺吸收。

 

 

其它实验结果

• CH₄减轻Cd胁迫下根尖细胞死亡可能与H₂S有关。

• 依赖于LCD的H₂S合成有利于CH₄抵御Cd胁迫。

• 内源H₂S在CH₄缓解Cd积累和吸收中起作用。

• 谷胱甘肽库在CH₄响应中的作用依赖于H₂S。

• CH₄重建氧化还原稳态需要内源H₂S的参与。

 

 

结论

      本研究结果表明，H₂S是CH₄提高植物耐镉性的下游信号，包括从表型上减弱Cd诱导的生长抑制，缓解氧化还原失衡和细胞死亡，特别是抑制Cd在紫花苜蓿幼苗根部的内流和积累。总之，本研究的发现将为了解CH₄如何增强植物对重金属的耐受性和内源H₂S的生理功能开辟了新的途径。

 

 

测试液

0.1 mM CdCl₂, 0.1 mM KCl, 0.3 mM MES, pH 5.8

 

仪器采购信息

 据中关村NMT产业联盟了解，南京农业大学于2018年采购了美国扬格公司的非损伤微测系统。

 

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.117123

 

关键词：镉胁迫；谷胱甘肽稳态；硫化氢；甲烷；紫花苜蓿

 

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