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IVIS 视角—IVIS 系统在植物领域的应用(二)

发布时间:2019-12-17 15:17 |  点击次数:

在上一期 IVIS 视角中我们和大家分享了 IVIS 系统如何在活体状态监测植物氮代谢水平,并基于转基因植物开发分子传感器(IVIS 系统在植物领域的应用(一)),其实除通过构建生物发光的转基因植物之外,IVIS 系统还能通过化学发光或者荧光染料探针等方式研究植物领域的多种应用。本期将带领大家继续拓展在植物活体光学领域的应用。

活性氧 (ROS) 是有氧生物在进化过程中产生的一类含氧基团,具有较高的生物活性。除了作为一种氧代谢副产物会导致细胞氧化应激甚至凋亡之外,随着近年来研究的深入,ROS 也被发现参与植物的正常生长进和代谢过程,是许多基本生物过程的关键调节因子,包括细胞增殖分化、器官成熟发育、植物应激抗逆等。在往期分享(点击前方蓝字直达文章内容)中,我们介绍过一种纳米探针用于检测动物体内炎症及肿瘤发生时活性氧水平。而在植物中,虽然许多 ROS 成像技术已经得到了发展和应用,但目前还缺乏一个动态检测植物体内 ROS 的植物成像平台。近期出现了一种可靠和直接的方法来对植物中的活性氧进行全植物活体成像,该方法发表在《Molecular Plant》期刊上。



 
该方法是利用荧光探针的氧化来直接检测 ROS,并且研究人员结合 IVIS Lumina 活体成像系统,开发了一个用于整株植物活体成像的工作流程。通过该工作平台,可以完成荧光染料探针对整株植物的染色、植株刺激处理以及处理后的 ROS 定量评价。


 
系统工作流图解说明:

A-B 植物在合适的光照周期和湿度的培养环境中培养 
C 植物在玻璃熏蒸箱里用雾状染料熏蒸 30 分钟 
D 植物进行相应的刺激(强光照射、植株损伤、病菌感染)
E 整株植物在 IVIS Lumina 成像系统中拍摄 
F 利用 IVIS LivingImage 软件分析植株 ROS 信号

利用该工作平台,研究人员测试了一系列包括 DHE、H₂DCFDA、H₂HFF-OxyBURST、Amplex red、SOSG 和 PO1 在内的多种荧光探针,通过整株植物 ROS 信号积累数据分析筛选出了一个最有效,最敏感,能够响应多种外界刺激所产生的 ROS 的荧光探针——H₂DCFDA,该探针能够表现出最强的信噪比和应用广泛性。这些不同的外界刺激包括局部强光照刺激、损伤或病原体感染,未来也可以拓展到其他种类的应激反应研究中。此外,通过 rbohD 和 apx1 突变体中 ROS 信号的减弱和增强以及 DPI(ROS 生产抑制剂)处理后 ROS 信号传播的减少,进一步证明了该成像系统的有效性,并且表明该方法不受外界因素的影响。


拟南芥在不同外界刺激下 30 分钟内的 ROS 积累情况(A 局部强光刺激;D 叶片损伤刺激;G 病菌感染)

这个新方法可用于研究不同遗传变异体的局部和植株整体积累的 ROS 信号,进行表型分析来发现新的 ROS 信号通路,监测不同植物和突变体的应激水平,揭示 ROS 参与到植物应激、生长调节和发育过程的新途径。文章中探讨了这种新方法在不同拟南芥突变体系统以及小麦、玉米等谷物创伤反应研究中的应用。综上,该研究所报道的方法可以快速有效的对植物进行整体的 ROS 活体成像,这为今后 ROS 代谢,系统信号传导等的研究提供了十分有利的科学工具。