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PlantScreen SC應(yīng)用案例：發(fā)現(xiàn)擬南芥新型促衰老調(diào)節(jié)因子
發(fā)布時(shí)間： 2022-10-21 點(diǎn)擊次數(shù)： 2023次一氧化氮（NO）是參與生物體信號(hào)傳導(dǎo)的自由基氣體分子，因在高等植物中廣泛參與發(fā)育和脅迫響應(yīng)而被熟知。早在20世紀(jì)90年代，人們就發(fā)現(xiàn)NO是植物衰老的重要調(diào)節(jié)因子。例如在果實(shí)成熟和花衰老過(guò)程中內(nèi)源性NO會(huì)降低，而外源性NO則能夠延緩衰老(Leshem et al., 1998)。
傳遞NO信號(hào)至生物功能的過(guò)程包括和目標(biāo)蛋白特定殘基的反應(yīng)，而目標(biāo)蛋白會(huì)經(jīng)歷NO依賴的翻譯后修飾（PTMs），如常見(jiàn)的絡(luò)氨酸（Tyr）硝化。硝化通常指向有機(jī)化合物分子中引入硝基(-NO2)的過(guò)程。過(guò)氧亞硝基（ONOO-）、二氧化氮（NO2）等NO相關(guān)分子便能夠參與硝化反應(yīng)——無(wú)論在生物體生理狀態(tài)，抑或是脅迫狀態(tài)下。
近期，波蘭波茲南密茨凱維奇大學(xué)（Adam Mickiewicz University）的研究人員通過(guò)開(kāi)展擬南芥暗誘導(dǎo)葉片衰老（DILS）模型實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)過(guò)氧亞硝基（ONOO-）在此過(guò)程中會(huì)發(fā)生瞬態(tài)波動(dòng)，因此可作為新的促衰老調(diào)節(jié)因子。并且ONOO-能夠微調(diào)氧化還原環(huán)境，實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)和核酸水平的選擇性硝化(Arasimowicz-Jelonek et al., 2022)。
在此項(xiàng)研究中，高通量表型系統(tǒng)PlantScreen SC用來(lái)量化植物脅迫的動(dòng)態(tài)——系統(tǒng)能夠通過(guò)RGB形態(tài)、葉片色素成像及葉綠素?zé)晒獬上?，從早期至晚期?duì)植物的脅迫癥狀進(jìn)行無(wú)損評(píng)估。
該系統(tǒng)具備以下功能：
研究人員將生長(zhǎng)26天的野生型擬南芥的第7片蓮座葉用鋁箔輕輕遮住，開(kāi)始進(jìn)行暗誘導(dǎo)葉片衰老（DILS），其余葉片則處于正常的光暗循環(huán)下。每天將對(duì)照組（無(wú)暗誘導(dǎo)植株）和處理組樣品放入PlantScreen SC系統(tǒng)進(jìn)行表型數(shù)據(jù)的測(cè)定，持續(xù)9天。
結(jié)果表明：暗誘導(dǎo)的衰老過(guò)程既表現(xiàn)在葉片綠度的變化，也表現(xiàn)在光合表現(xiàn)的變化（兩者分別PlantScreen SC系統(tǒng)的RGB顏色分析和PAM葉綠素?zé)晒獬上窆δ苓M(jìn)行檢測(cè)評(píng)估）。在DILS過(guò)程中，暗誘導(dǎo)葉片中的NO含量逐漸降低；ONOO-則在第3天時(shí)劇增，隨后急速下降，表現(xiàn)出瞬態(tài)波動(dòng)。暗誘導(dǎo)葉片在DILS第3天光合效率顯著下降，第4天（ONOO-劇增后）出現(xiàn)萎黃病癥。并且，處理組擬南芥生長(zhǎng)速率（基于排除暗誘導(dǎo)葉片后的植株蓮座面積）從第4天后顯著降低，因暗處理脅迫使植株縮小30%。綜上，以上變化表明了時(shí)間依賴性的ONOO-生物有效性的促衰老歸宿。
高通量表型系統(tǒng)PlantScreen SC將植物傳送系統(tǒng)和成像分析系統(tǒng)安裝于一體式緊湊機(jī)箱內(nèi)。使用者只需把植物樣品放在載樣區(qū)，系統(tǒng)便會(huì)將其自動(dòng)傳送至成像單元進(jìn)行成像采集，之后自動(dòng)傳出；并且系統(tǒng)分析軟件會(huì)自動(dòng)給出測(cè)量分析結(jié)果。平臺(tái)有腳輪可以移動(dòng)，方便大型溫室內(nèi)不同區(qū)域間移動(dòng)使用，極大地提高了載樣方便性和使用效率。因此高通量表型系統(tǒng)PlantScreen SC是實(shí)驗(yàn)室和溫室植物表型分析的理想平臺(tái)。
參考文獻(xiàn)
1. Leshem, Y. Y., Wills, R. B. H., & Ku, V. V.-V. (1998). Evidence for the function of the free radical gas—Nitric oxide (NO•)—As an endogenous maturation and senescence regulating factor in higher plants. Plant Physiology and Biochemistry, 36(11), 825–833.
2. Corpas, F. J., & Palma, J. M. (2020). Assessing Nitric Oxide (NO) in Higher Plants: An Outline. Nitrogen, 1(1), Article 1.
3. Arasimowicz-Jelonek, M., Jagodzik, P., P?óciennik, A., Sobieszczuk-Nowicka, E., Mattoo, A., Polcyn, W., & Floryszak-Wieczorek, J. (2022). Dynamics of nitration during dark-induced leaf senescence in Arabidopsis reveals proteins modified by tryptophan nitration. Journal of Experimental Botany, erac341.
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