在上一期IVIS視角中我們和大家分享了IVIS系統(tǒng)如何在活體狀態(tài)監(jiān)測植物氮代謝水平，并基于轉(zhuǎn)基因植物開發(fā)分子傳感器(IVIS系統(tǒng)在植物領(lǐng)域的應(yīng)用(一)(點(diǎn)擊前方藍(lán)字直達(dá)文章內(nèi)容))，其實(shí)除通過構(gòu)建生物發(fā)光的轉(zhuǎn)基因植物之外，IVIS系統(tǒng)還能通過化學(xué)發(fā)光或者熒光染料探針等方式研究植物領(lǐng)域的多種應(yīng)用。本期將帶領(lǐng)大家繼續(xù)拓展在植物活體光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。
活性氧(ROS)是有氧生物在進(jìn)化過程中產(chǎn)生的一類含氧基團(tuán)，具有較高的生物活性。除了作為一種氧代謝副產(chǎn)物會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞氧化應(yīng)激甚至凋亡之外，隨著近年來研究的深入，ROS也被發(fā)現(xiàn)參與植物的正常生長進(jìn)和代謝過程，是許多基本生物過程的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，包括細(xì)胞增殖分化、器官成熟發(fā)育、植物應(yīng)激抗逆等。在往期分享(點(diǎn)擊前方藍(lán)字直達(dá)文章內(nèi)容)中，我們介紹過一種納米探針用于檢測動(dòng)物體內(nèi)炎癥及腫瘤發(fā)生時(shí)活性氧水平。而在植物中，雖然許多ROS成像技術(shù)已經(jīng)得到了發(fā)展和應(yīng)用，但目前還缺乏一個(gè)動(dòng)態(tài)檢測植物體內(nèi)ROS的植物成像平臺(tái)。近期出現(xiàn)了一種可靠和直接的方法來對植物中的活性氧進(jìn)行全植物活體成像，該方法發(fā)表在《Molecular Plant》期刊上。
該方法是利用熒光探針的氧化來直接檢測ROS，并且研究人員結(jié)合IVIS Lumina活體成像系統(tǒng)，開發(fā)了一個(gè)用于整株植物活體成像的工作流程。通過該工作平臺(tái)，可以完成熒光染料探針對整株植物的染色、植株刺激處理以及處理后的ROS定量評(píng)價(jià)。
系統(tǒng)工作流圖解說明：
A-B 植物在合適的光照周期和濕度的培養(yǎng)環(huán)境中培養(yǎng)
C 植物在玻璃熏蒸箱里用霧狀染料熏蒸30分鐘
D 植物進(jìn)行相應(yīng)的刺激(強(qiáng)光照射、植株損傷、病菌感染)
E 整株植物在IVIS Lumina成像系統(tǒng)中拍攝
F 利用IVIS LivingImage軟件分析植株ROS信號(hào)
利用該工作平臺(tái)，研究人員測試了一系列包括DHE、H?DCFDA、H?HFF-OxyBURST、Amplex red、SOSG和PO1在內(nèi)的多種熒光探針，通過整株植物ROS信號(hào)積累數(shù)據(jù)分析篩選出了一個(gè)有效，敏感，能夠響應(yīng)多種外界刺激所產(chǎn)生的ROS的熒光探針——H?DCFDA，該探針能夠表現(xiàn)出強(qiáng)的信噪比和應(yīng)用廣泛性。這些不同的外界刺激包括局部強(qiáng)光照刺激、損傷或病原體感染，未來也可以拓展到其他種類的應(yīng)激反應(yīng)研究中。此外，通過rbohD和apx1突變體中ROS信號(hào)的減弱和增強(qiáng)以及DPI(ROS生產(chǎn)抑制劑)處理后ROS信號(hào)傳播的減少，進(jìn)一步證明了該成像系統(tǒng)的有效性，并且表明該方法不受外界因素的影響。
擬南芥在不同外界刺激下30分鐘內(nèi)的ROS積累情況(A 局部強(qiáng)光刺激；D 葉片損傷刺激；G 病菌感染)
這個(gè)新方法可用于研究不同遺傳變異體的局部和植株整體積累的ROS信號(hào)，進(jìn)行表型分析來發(fā)現(xiàn)新的ROS信號(hào)通路，監(jiān)測不同植物和突變體的應(yīng)激水平，揭示ROS參與到植物應(yīng)激、生長調(diào)節(jié)和發(fā)育過程的新途徑。文章中探討了這種新方法在不同擬南芥突變體系統(tǒng)以及小麥、玉米等谷物創(chuàng)傷反應(yīng)研究中的應(yīng)用。綜上，該研究所報(bào)道的方法可以快速有效的對植物進(jìn)行整體的ROS活體成像，這為今后ROS代謝，系統(tǒng)信號(hào)傳導(dǎo)等的研究提供了十分有利的科學(xué)工具。
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