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4月8日,某研究所将NMT技术应用于钙信号研究,测试样品为小麦,测试指标为Ca2+,在旭月研究院完成实验。| 5月9号,某研究院将NMT技术应用于逆境生理领域,测试样品为黄瓜幼苗,测试指标为NO3-、NH4+,在旭月研究院完成实验。| 6月2号,某研究院将NMT技术应用于逆境胁迫领域,测试样品为棉花苗,测试指标为Ca2+、H+、K+、Na+、IAA,在旭月研究院完成实验。| 6月5号,某研究院将NMT技术应用于植物逆境领域,测试样品为苜蓿,测试指标为K+,在旭月研究院完成实验。| 6月9号,某研究所将NMT技术应用于水稻逆境领域,测试样品为水稻,测试指标为Na+、Ca2+,在中国科学院植物研究所完成实验。| 6月11号,某研究院将NMT技术应用于植物抗逆领域,测试样品为酵母细胞,测试指标为IAA,在旭月研究院完成实验。| 6月16号,某高校将NMT技术应用于昆虫研究,测试样品为昆虫,测试指标为Ca2+、K+,在旭月研究院完成实验。| 6月19号,某研究院将NMT技术应用于植物抗逆领域,测试样品为拟南芥,测试指标为Ca2+,在旭月研究院完成实验。|

Functional Plant Biology : 异三聚体G 蛋白参与拟南芥离子流速、促进气孔关闭过程
(文献编号:C2014-016

 

本文围绕异三聚体G蛋白和茉莉酸开展,异三聚体G蛋白在很多植物信号转导途径中扮演着重要的作用,茉莉酸在很多植物中可以引起气孔关闭。目前,茉莉酸引起气孔关闭的信号级联已有报道,但异三聚体G蛋白在此过程中的作用并未见相关的研究。

 

研究观察了野生型拟南芥、Gα亚基突变体gpa1–1和gpa1–2气孔运动的情况,发现茉莉酸没有引起gpa1气孔关闭。通过非损伤微测技术(NMT)测试保卫细胞的Ca2+、H+、K+流速发现,和对照组相比,野生型GDP-β-S处理组和gpa1突变体中,茉莉酸引起的H+、K+外流和Ca2+内流情况受到了抑制。结合激光共聚焦技术,证实了Gα亚基参与了茉莉酸调节气孔关闭的过程,最终得到了保卫细胞响应茉莉酸的信号机制。

 

上述研究通过非损伤微测技术(NMT)测试了拟南芥保卫细胞的Ca2+、H+、K+流速,最终揭开了茉莉酸调节拟南芥气孔关闭的信号调节机制,为研究气孔运动提供了一个新的思路。

 

图注:MeJA处理时,gap突变体拟南芥保卫细胞H+流速变化图。正值表示外排。


 

 

 

 

保卫细胞(气孔)文献

 

(1)The role of plasma membrane H+-ATPase in jasmonate-induced ion fluxes and stomatal closure in Arabidopsis thaliana.
Plant JournalC2015-017

(2)A novel wheat α-amylase inhibitor gene, TaHPS, significantly improves the salt and drought tolerance of transgenic(Physiologia PlantarumC2013-025

(3)Extracellular ATP promotes stomatal opening of Arabidopsis thaliana through heterotrimeric G protein a subunit and reactive oxygen species(Molecular PlantC2012-027

 

 

最近有一些科研人员反映,想要测HCO3-、CO2,但是很遗憾,这两种指标目前暂未实现商业化检测,目前旭月研究院正在加紧研发。请点击查看如何利用NMT间接研究ABA、磷、MeJA、Fe等指标

2012年,东北林业大学学者利用扬格/旭月非损伤微测系统,发表了一篇文章,研究的是NaHCO3胁迫,检测了H+、Na+流速。

文章比较了NaHCO3胁迫与NaCl胁迫,对烟草根部H+、Na+流速影响的差异性。流速结果显示,NaHCO3胁迫相比于NaCl胁迫,导致了更强的H+、Na+外排。结果表明,NaHCO3破坏了质膜通透性以及离子转运系统,导致Na+流动的失控,NaHCO3削弱了植物应对高Na+胁迫的修复能力。



请点击下载全文



Effect of NaHCO3 on net Na+ flux of tobacoo (Nicotiana tabacum Linn.) from different salt treatment of 3d.
 
美国扬格公司成立不多久,即开始利用扬格非损伤微测系统为NASA(美国航空航天局)服务,同NASA合作开展植物对空间重力响应的实验。
此外,来自Purdue大学,从事多年植物空间重力研究的Marshall Porterfield教授,是旭月研究院的全球顾问之一,其所主管的实验室也就旭月研究院的战略合作实验室。

下面为大家展示相关研究成果:

1.此领域已发表SCI文献
F2005-004
F2011-017

2.相关图像资料





扬格公司总裁、旭月公司董事长许越先生,在为NASA科研&训练中心的研究人员及美国众议院议员介绍非损伤微测技术(NMT)




扬格公司为NASA设计的实验装置




相关实验结果(具体内容请下载上述文献)
 
Rice:基因组复制提升水稻抗盐性(文献编号:C2014-029



2014年,水稻研究领域的著名期刊Rice刊登了中科院南京土壤所许卫锋教授与香港中文大学合作的题为《Genome duplication improves rice root resistanceto salt stress》的水稻抗盐研究成果。水稻作为重要的粮食之一,也是盐敏感作物。提升水稻抗盐的内外在机制研究甚多,但基因组重复对水稻耐盐性影响的研究却鲜有报道。本研究观察并揭示了多倍体水稻耐盐性提升的重要机制。

研究采用了同一品种的二倍体及四倍体水稻,分别培养在含有0、150 mM NaCl的1/2 MS培养基中。结果显示,生长在盐环境中的水稻,其长势明显受到影响,但四倍体水稻要明显优于二倍体。利用非损伤微测技术,检测了各组样品根部距离根尖0-5000 μm范围的H+流速。结果显示,距离根尖0-1000 μm范围内,两组样品H+流速没有差异,而且在500-1000 μm之间,H+表现为吸收。从距离根尖1000 μm的位点开始至2000 μm,H+外排趋势逐渐增大并达到稳定值。二倍体与四倍体根尖H+流速对比显示,1000-5000 μm区间内,后者H+外排速率显著高于前者,这也间接反映了四倍体植株的根内pH较二倍体低。

此外,实验实验发现,四倍体水稻植株MDA的含量,脯氨酸积累增多,MDA含量减少。ICP-AES检测根部Na+含量结果显示,四倍体水稻根部Na+含量显著降低。微观结构观察结果可见四倍体水稻的皮层细胞与中柱鞘间出现保护性间隙,这可能是阻挡根部吸收过多Na+的关键因素。研究认为,基因组重复可提升水稻耐盐能力,而这一现象可能与四倍体水稻加强了H+外排至根表面从而减少Na+的进入根部有关。



图注:0、150 mM NaCl处理后,二倍体、四倍体水稻根部距离根尖0-5000 μm范围内的H+流速。正值表示外排,负值表示吸收





Tree Physiology:液泡H+-PPase基因(AVP1)提升植物抗盐性的机制(文献编号:C2015-024




2015年底,鲁东大学程显好课题组与中科院上海植生所张洪霞课题组合作,在林木领域知名期刊Tree Physiology上,发表了名为《Overexpression of a Populus trichocarpa H+-pyrophosphatase gene PtVP1.1 confers salt tolerance on transgenic poplar》的树木抗盐领域研究成果。

AVP1(拟南芥液泡H+-PPase基因)提升植株的耐盐耐旱的机制在草本植物中已研究的较为清楚,但H+-PPase在木本植物中的功能还有待深入探究。研究者将黑杨的PtVP1.1(Ⅰ型H+-PPase基因)转至拟南芥与白杨上,以观察其功能。结果显示,150 mM NaCl条件下,PtVP1.1高表达白杨同对照组相比,长势更好。PtVP1.1转基因品种相比于野生型,其微粒体膜小泡H+-PPase水解活性更强。Na+、K+含量分析显示,PtVP1.1高表达品种的耐盐性提升与其体内Na+下降、K+上升相关。

研究利用非损伤微测系统(NMT),检测了PtVP1.1高表达白杨与野生型经0/150 mM NaCl处理后,根部分生区、伸长区、成熟区的Na+、H+流速。结果显示,正常生长环境下,两组样品根部Na+流速无差异,对照组H+吸收速率更高。盐胁迫时,PtVP1.1高表达白杨相比于野生型,其根部具更强的排Na+吸H+能力(Na+外排速率、H+吸收速率均高与野生型)。这一结果为PtVP1.1提升木本植物耐盐性提供了活体生理证据。

世界三大林木逆境研究中心之一,北京林业大学陈少良教授课题组也参与这项研究。此课题组是目前国内应用NMT出产成果最多的单位。此前,陈少良教授受德国哥廷根大学之邀,合作撰写林木抗逆领域综述,NMT作为综述报道的主角之一,已经为越来越多的抗逆研究者所亲睐,并逐渐成为逆境研究的必备技术。


图注:PtVP1.1高表达组与野生型白杨,经0/150 mM NaCl处理后,根部分生区、伸长区的Na+、H+流速





Plant Physiology:NaCl诱导杨树根细胞和组织离子流的转换(文献编号:C2009-004




土壤的盐碱化很严重,引起了诸多农业和环境问题。如何研究植物对盐碱胁迫的反应,寻找能够抵御盐碱胁迫的植物品种,是我们应对土壤盐碱化的手段之一。盐胁迫对植物影响的机制在过去进行了大量研究,然而,木本植物的盐胁迫以及抗盐研究,不但难度大,而且对于机理的认识停滞不前。

北京林业大学陈少良实验室使用“非损伤微测技术(NMT)”测定了抗盐品种胡杨和盐敏感型品种群众杨根、细胞和原生质体的H+、Na+和Cl-流速,比较了短期处理和长期处理后两个品种间排Na+的能力。长期胁迫导致根原生质体Na+外流增加,H+内流增加。这种NaCl诱导的Na+/H+交换被Amiloride和矾酸钠抑制,说明胁迫后胡杨Na+的排出是Na+/H+反向转运体主动跨膜的结果。相比较而言Na+/ H+反向转运体在盐胁迫后的群众杨根组织和细胞水平都缺乏。此外,盐胁迫的胡杨根中保留着比群众杨更高的排Cl-能力。胡杨根中NaCl诱导的H+、Na+和Cl-流与等渗甘露醇所引起的离子流不同,表明离子流的转变主要是由离子效应引起。

这项研究通过非损伤微测技术获得了杨树在盐胁迫下的H+、Na+和Cl-流的图谱,发现了抗盐性的胡杨具有很强的排Na+和排Cl-的能力,以及Na+/H+反向转运体的活性,这是胡杨能够忍耐高盐胁迫的关键因素之一。同时,这项研究建立了系统的植物逆境研究的非损伤微测技术实验方法,为本领域的研究奠定了基础。


图注:pH 5.5/6.0/7.0条件下,胡杨根原生质体的Na+流速。正值表示外排,负值表示内流





Plant Cell :Plant Cell发表NMT在蛋白质功能研究上的新成果(文献编号: C2010-002




质膜H+-ATPase在植物响应盐碱胁迫,维持体内离子平衡中起着重要的作用。因此,阐明质膜H+-ATPase活性的调节机制,对于我们理解植物响应盐碱胁迫的反应至关重要。以前的研究发现,拟南芥蛋白激酶PKS5抑制质膜H+-ATPase的活性,进而负向调节植物的盐碱胁迫反应。

2010年,北京生命科学研究所的郭岩实验室在《Plant Cell》报道了一个分子伴侣J3能够激活PM-H+-ATPase,且抑制PKS5的活性。当植物缺乏J3时对外部的盐碱胁迫超敏感,PM-H+ATPase的活性也下降。使用非损伤微测技术在活体拟南芥的根部进行了原位测量,证实不同的基因所调控的质子外流(H+efflux)的差异,说明了蛋白之间的相互作用。本研究发现,分子伴侣蛋白J3可以和PKS5相互作用,并且抑制PKS5激酶活性,进而正向调节质膜H+-ATPase的活性及植物对盐碱胁迫的反应。

本研究鉴定了一个新的PKS5信号转导途径的成分正调控PM-H+-ATPase的活性,PM-H+-ATPase的磷酸化状态对拟南芥应对环境刺激非常重要。这些工作揭示了拟南芥中的分子伴侣蛋白J3通过抑制蛋白激酶PKS5活性参与调节PM H+-ATPase的活性及植物盐碱胁迫反应的机理。


图注:不同基因型拟南芥根部的H+流速图。正值表示外排。





Plant Journal :转录因子WRKY8调节拟南芥抗盐性的机制研究(文献编号: C2013-021




极端温度、干旱等这些非生物胁迫是全世界范围内作物减产的主要原因,其中,土壤盐碱化是其中最重要的影响因子之一。WRKY家族是一类植物特有的转录调控因子,在模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)中拥有74个成员。有研究表明,WRKY因子家族成员参与调控植物的抗逆反应,但WRKY蛋白介导的逆境信号转导途径仍不清楚。

文章中使用非损伤微测技术测定了WRKY8突变体、VQ9突变体和野生型在盐胁迫下K+的流速,为WRKY8与VQ9参与调控了植物在盐胁迫下的 Na+/K+离子动态平衡提供了直接有效的证据。研究的结果表明,拟南芥WRKY8基因受高盐胁迫的强烈诱导,WRKY8突变体抗盐性显著下降。WRKY8基因可以和VQ9蛋白相互作用形成蛋白复合物,VQ9能降低WRKY8因子的DNA结合能力,从而拮抗WRKY8的转录激活功能。

目前非损伤微测技术在植物盐胁迫方面取得成果非常多,本文通过研究WRKY8和VQ9之间有相互作用,建立了WRKY8调节植物抗盐的新机制,丰富了植物抗盐领域的成果,更为后续通过改变转录因子提高植物的抗盐性提供了重要的参考价值。


图注:图注:不同抗盐品种谷物的K+和H+流速变化趋势。正值表示外排,负值表示内流。





盐胁迫、抗盐、耐盐文献
 
(国内学者利用扬格非损伤微测系统发表)



1)The Arabidopsis chaperone J3 regulates the plasma membrane H+-ATPase through interaction with the PKS5 kinase(Plant CellF2010-002

2)Paxillus involutus strains MAJ and NAU mediate K+/Na+ homeostasis in ectomycorrhizal Populus × canescens under NaCl stress
Plant Physiology C2012-010

3)NaCl-induced alternations of cellular and tissue ion fluxes in roots of salt-resistant and salt-sensitive poplar species(Plant PhysiologyC2009-004

4)Conserved V-ATPase c subunit plays a role in plant growth by influencing V-ATPase-dependent endosomal trafficking(Plant Biotechnology Journal C2016-002

5)HbCIPK2, a novel CBL-interacting protein kinase from halophyte Hordeum brevisubulatum, confers salt and osmotic stress tolerance(Plant, Cell & Environment C2012-020

6)Effects of non-uniform root zone salinity on water use Na+ recirculation, and Na+ and H+ flux in cotton( Journal of Experimental BotanyC2012-002

7)A Na+/Ca2+ exchanger-like protein (AtNCL) involved in salt stress in Arabidopsis(Journal of Biological ChemistryC2012-025

8)Extracellular ATP Signaling Is Mediated by H2O2 and Cytosolic Ca2+ in the Salt Response of Populus euphratica Cells(PLoS ONE C2012-024

9)NaCl-elicited, vacuolar Ca2+ release facilitates prolonged cytosolic Ca2+ signaling in the salt response of Populus euphratica cells(Cell Calcium C2015-009

10)The wheat NHX antiporter gene TaNHX2 confers salt tolerance in transgenic alfalfa by increasing the retention capacity of intracellular potassium (Plant Molecular BiologyC2015-016
 
 
Ca2+外流作为细胞防御过程中的标志性反应(文献编号:F2008-004



跨膜离子流在启动和调控防御机制中起着重要的作用。植物在受到外界环境刺激以后,离子通道迅速做出调整,在识别病原体反应中离子流是其中较早发生的事件之一。Lev G. Nemchinov等科学家推断在植物的病原超敏反应中,质膜Ca2+-ATP泵是超敏反应的关键。


美国农业部(USDA)的科学家采用“非损伤微测技术(MIFE)”检测了经丁香假单胞菌处理之后Ca2+流的变化情况,发现Ca2+内外流与细菌处理的时期有关,经细菌长时间处理后烟草叶片出现Ca2+外流。Ca2+通道阻断剂钆和镧都可以显著地将黑暗条件下的Ca2+流转变为外流,铯则明显削弱了光诱导的Ca2+流,但并不产生Ca2+外流。与之相反的是,Ca2+-ATPase的抑制剂CPA无论是在光照条件下还是黑暗条件下都能够增强Ca2+吸收。


Ca2+不仅在激活防御反应中作为第二信使起作用,而且可能在后期的加速细胞死亡、抑制病原体侵染扩散以及结束防御反应中作为下游调控者。本研究通过Ca2+流的转变认识到了细胞防御反应中的关键成分,建立了细胞死亡与防御过程中的离子流模型。



图注:使用非损伤微测技术检测到烟草叶肉细胞经P.syringaepv syringae 61处理后Ca2+流以及在光暗交替处理后、在缓冲液中平衡不同时间后Ca2+流的变化情况。正值为内流。



质膜Ca2+转运体调节交叉忍耐(文献编号:F2011-014



植物经历了某种逆境后,能提高对另一种逆境的抵抗能力,这种对不良环境之间的相互忍耐作用称为交叉忍耐(Cross-tolerance)。例如UV处理烟草提高了对花叶病毒的忍耐,臭氧处理拟南芥引起了对Pseudomonas syringae病毒的抵抗力。在这些研究中,诱导的交叉忍耐主要由ROS产生,与氧化爆发期间快速释放H2O2,以及与植物对无毒的病原反应有关。ROS可能作为信使激活防御基因的表达,但是在这个过程中Ca2+信号转导的作用不清楚。


2011年2月,澳大利亚的Shabala等人报道了对植物氧化胁迫获得性的交叉忍耐现象,研究了Ca2+转运系统的活性如何调节这种现象。烟草感染了马铃薯病毒X(Potato virus X, PVX),暴露在氧化胁迫(UV-C或者H2O2)中,用非损伤微测技术(MIFE)测定了Ca2+和K+流速,结合药理学和细胞学方法研究了植物整体的适应性反应,发现植物受病毒感染后能够更好地应对UV和H2O2,阻止叶绿体结构和功能的损伤。Ca2+流是植物对病原入侵的早期反应,Ca2+的传递和ROS可能是控制细胞水平交叉忍耐的关键。


这项研究说明在UV和病原诱导的氧化胁迫之间有一个高度的交叉,以及在植物对氧化胁迫获得性的忍耐中Ca2+外流系统的重要作用,重新提出了病毒可能有益于植物抗逆的争论。在大田中,不同的胁迫一起出现很常见,病毒增加胁迫忍耐可能对农业的发展有重要意义。


图注:H2O2处理烟草叶肉细胞导致WT和PVX的Ca2+发生明显的内流,K+发生明显的外流。


植物病理、植物病原微生物方向参考文献


(1)Expression of animal CED-9 anti-apoptotic gene in tobacco modifies plasma membrane ion fluxes in response to salinity and oxidative stress.(PlantaF2007-008

(2)Non-invasive microelectrode potassium flux measurements as a potential tool for early recognition of virus–host .(PlantaF2010-013