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    FluorCam葉綠素熒光成像技術應用于突變體研究

    發布時間: 2022-03-21  點擊次數: 1642次

    葉綠素熒光是植物光合生理檢測的重要探針,基于葉綠素熒光測量的FluorCam葉綠素熒光成像技術經過數十年的發展,在植物與藻類研究中應用廣泛,已然成為光合生理、育種、環境控制研究、農業生產等眾多研究方向*的有效工具。本次摘選4篇易科泰FluorCam葉綠素熒光成像系統在不同植物基因突變體研究方面的文獻分享。(參考文獻附在文末)


    1.乙烯不敏感突變提高了擬南芥植物對NO2的耐受性

    通過分析乙烯不敏感突變體ein2-1和野生型WT的生理生化表現,探討植物乙烯敏感性與NO2耐受性之間的關系及其機制。該研究中,對培養的ein2-1WT擬南芥進行8h NO2熏蒸處理,然后對植物進行基因表達、生理生化指標等分析。其中,利用FluorCam對光合生理指標進行了檢測,分析突變體和野生型對NO2的光合性能響應的差異。數據表明,與ein2-1相比,NO2暴露對WT的光合作用損害更嚴重。

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    2.HK5HK6細胞分裂素受體介導水稻的多種發育途徑

    細胞分裂素參與調節幾乎所有的植物生長發育過程,通過改造細胞分裂素受體相關基因,提高作物物種產量和品質,是一種具有前景的改善作物的方法。對由CRISPR/Cas9基因編輯獲得的細胞分裂素組氨酸激酶基因(HK)突變體(hk5、hk6、hk5 hk6)進行葉綠素熒光、根系、細胞、農藝性狀、基因表達等分析,研究其對細胞分裂素反應。

    其中通過FluorCam葉綠素熒光成像獲得的RFd(熒光衰減率)結果表明,細胞分裂素的應用顯著阻斷了野生型(WT)葉片轉移到黑暗中培養3天后所觀察到的RFd的減少。hk5hk6單突變體對細胞分裂素的響應不明顯。在沒有外源細胞分裂素的情況下,與WT相比,雙突變體hk5hk63天后RFd顯著下降,對外源細胞分裂素的反應也顯著減弱。

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    3.脫落酸、ABI5PPC2參與了植物對低CO2的適應

    磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)C4植物的光合二氧化碳固定過程中起著關鍵作用。然而,PEPCsC3植物中的功能特征并不明確,特別是在與低大氣二氧化碳水平相關方面。在擬南芥中編碼PEPC4個基因中,PPC2被認為是葉片的主要PEPC基因。

    將通過轉基因獲得的ppc突變體,進行低CO2處理,并進行生理生化、基因表達等指標分析,以篩選關鍵基因,及研究其主要功能。其中FluorCam葉綠素熒光成像對前期篩選出ppc2突變體與野生型對照WT分析,結果表明,在環境CO2濃度下,ppc2WTFv/Fm無明顯差異。而在低CO2條件下ppc2突變體生長停滯,同時Fv/Fm顯著降低。

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    本文其他實驗證明,添加外援ABA提高了低CO2下植物的性能。ABI3、ABI4、ABI5基因是ABA對種子萌發及萌發后的調控作用的必需的轉錄因子,為了證明其在低CO2條件下的功能,對abi5突變體和Ws進行處理對比。結果表明,abi5突變導致了低CO2條件下幼苗的光合效率的降低。

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    本文還研究了干旱處理下,ppc2的光合生理變化,規律與低CO2處理表現一致。

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    4.CIPK23基因可緩解擬南芥中由高NH4+/K+比率引起的毒性

          NH4+對植物葉片的毒性主要是由NH4+K+的高比例(NH4+/K+101)引起的,而不是由離子的絕對濃度。文章中為了證實CIPK23基因在減輕NH4+毒性所起的作用,通過葉綠素熒光成像測量等手段,對不同NH4+/K+比值濃度條件下,CIPK23突變體與野生型Col-0生理響應差異。在低NH4+/K+比值條件下,兩種植物材料之間的葉綠素熒光參數沒有顯著差異。在高NH4+/K+比值條件下,Col-0NPQRfd值顯著高于cipk23突變體。NPQ是光照條件下PSII系統過度光和散熱的指標,Rfd可以反映植物對脅迫的耐受性。測定結果表明,CIPK23可以通過避免光誘導的損傷來提高植物對高nh4+/K+比值的耐受性。

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    參考文獻:

    [1] Chuan Liua, Lin-Lin Lib, Guang-Zhe Li , et al. Ethylene insensitive mutation improves Arabidopsis plant tolerance to NO 2 exposure[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 189.

    [2] Burr C A, Sun J, Yamburenko M V , et al. The HK5 and HK6 cytokinin receptors mediate diverse developmental pathways in rice[J]. Development, 2020, 147(20):dev191734.

    [3] Lei Y, Jumei Z, Long L , et al. Involvement of abscisic acid, ABI5, and PPC2 in plant acclimation to low CO2[J]. Journal of Experimental Botany(14):14.

    [4] Shi S, Xu F, Ge Y , et al. NH4+ Toxicity, Which Is Mainly Determined by the High NH4+/K+ Ratio, Is Alleviated by CIPK23 in Arabidopsis[J]. Plants, 2020, 9(4):501.

     


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