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    FluorCam叶绿素荧光成像技术应用于突变体研究

    发布时间: 2022-03-21  点击次数: 444次

    叶绿素荧光是植物光合生理检测的重要探针,基于叶绿素荧光测量的FluorCam叶绿素荧光成像技术经过数十年的发展,在植物与藻类研究中应用广泛,已然成为光合生理、育种、环境控制研究、农业生产等众多研究方向公认的有效工具。本次摘选4篇易科泰FluorCam叶绿素荧光成像系统在不同植物基因突变体研究方面的文献分享。(参考文献附在文末)


    1.乙烯不敏感突变提高了拟南芥植物对NO2的耐受性

    通过分析乙烯不敏感突变体ein2-1和野生型WT的生理生化表现,探讨植物乙烯敏感性与NO2耐受性之间的关系及其机制。该研究中,对培养的ein2-1WT拟南芥进行8h NO2熏蒸处理,然后对植物进行基因表达、生理生化指标等分析。其中,利用FluorCam对光合生理指标进行了检测,分析突变体和野生型对NO2的光合性能响应的差异。数据表明,与ein2-1相比,NO2暴露对WT的光合作用损害更严重。

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    2.HK5HK6细胞分裂素受体介导水稻的多种发育途径

    细胞分裂素参与调节几乎所有的植物生长发育过程,通过改造细胞分裂素受体相关基因,提高作物物种产量和品质,是一种具有前景的改善作物的方法。对由CRISPR/Cas9基因编辑获得的细胞分裂素组氨酸激酶基因(HK)突变体(hk5hk6hk5 hk6)进行叶绿素荧光、根系、细胞、农艺性状、基因表达等分析,研究其对细胞分裂素反应。

    其中通过FluorCam叶绿素荧光成像获得的RFd(荧光衰减率)结果表明,细胞分裂素的应用显著阻断了野生型(WT)叶片转移到黑暗中培养3天后所观察到的RFd的减少。hk5hk6单突变体对细胞分裂素的响应不明显。在没有外源细胞分裂素的情况下,与WT相比,双突变体hk5hk63天后RFd显著下降,对外源细胞分裂素的反应也显著减弱。

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    3.脱落酸、ABI5PPC2参与了植物对低CO2的适应

    磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)C4植物的光合二氧化碳固定过程中起着关键作用。然而,PEPCsC3植物中的功能特征并不明确,特别是在与低大气二氧化碳水平相关方面。在拟南芥中编码PEPC4个基因中,PPC2被认为是叶片的主要PEPC基因。

    将通过转基因获得的ppc突变体,进行低CO2处理,并进行生理生化、基因表达等指标分析,以筛选关键基因,及研究其主要功能。其中FluorCam叶绿素荧光成像对前期筛选出ppc2突变体与野生型对照WT分析,结果表明,在环境CO2浓度下,ppc2WTFv/Fm无明显差异。而在低CO2条件下ppc2突变体生长停滞,同时Fv/Fm显著降低。

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    本文其他实验证明,添加外援ABA提高了低CO2下植物的性能。ABI3ABI4ABI5基因是ABA对种子萌发及萌发后的调控作用的必需的转录因子,为了证明其在低CO2条件下的功能,对abi5突变体和Ws进行处理对比。结果表明,abi5突变导致了低CO2条件下幼苗的光合效率的降低。

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    本文还研究了干旱处理下,ppc2的光合生理变化,规律与低CO2处理表现一致。

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    4.CIPK23基因可缓解拟南芥中由高NH4+/K+比率引起的毒性

          NH4+对植物叶片的毒性主要是由NH4+K+的高比例(NH4+/K+101)引起的,而不是由离子的绝对浓度。文章中为了证实CIPK23基因在减轻NH4+毒性所起的作用,通过叶绿素荧光成像测量等手段,对不同NH4+/K+比值浓度条件下,CIPK23突变体与野生型Col-0生理响应差异。在低NH4+/K+比值条件下,两种植物材料之间的叶绿素荧光参数没有显著差异。在高NH4+/K+比值条件下,Col-0NPQRfd值显著高于cipk23突变体。NPQ是光照条件下PSII系统过度光和散热的指标,Rfd可以反映植物对胁迫的耐受性。测定结果表明,CIPK23可以通过避免光诱导的损伤来提高植物对高nh4+/K+比值的耐受性。

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    参考文献:

    [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.