作為科技型企業(yè)，澤泉科技一直洞悉科研脈搏，走在行業(yè)前沿，想知道業(yè)內(nèi)有哪些研究成果，您可以在科研動(dòng)態(tài)版塊一窺究竟。近期的科研動(dòng)態(tài)包括植物有效利用光能的機(jī)理、復(fù)粒稻多粒簇生形成的機(jī)制、花粉活力分析儀在葫蘆科作物中的應(yīng)用、棉花耐受重金屬鎘的分子調(diào)控機(jī)制、大西洋南部海域春季碳排放的主要載體、氣孔導(dǎo)度與光合作用等。
· 科學(xué)家借助Hexagon-Imaging-PAM和Dual-PAM-100揭秘植物如何在波動(dòng)光下保護(hù)細(xì)胞色素b6f復(fù)合體
在最近的研究中，科學(xué)家們通過PGR5抑制子篩選，發(fā)現(xiàn)了一種獨(dú)特的機(jī)制，該機(jī)制在植物適應(yīng)波動(dòng)光照中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。PGR5（proton gradient regulation 5）是一種在光合作用中起作用的蛋白質(zhì)，其缺失會(huì)導(dǎo)致植物在波動(dòng)光照條件下光系統(tǒng)I（PSI）過度敏感，從而導(dǎo)致植物死亡。研究團(tuán)隊(duì)通過篩選能夠恢復(fù)pgr5突變體在波動(dòng)光照下生存能力的抑制子突變，鑒定了一系列影響光合作用相關(guān)蛋白的突變。這些突變影響了12個(gè)不同的光合作用相關(guān)蛋白，包括一些對(duì)PSII（光系統(tǒng)II）功能至關(guān)重要的蛋白，以及對(duì)細(xì)胞色素b6f復(fù)合體組裝和功能至關(guān)重要的蛋白。這項(xiàng)研究不僅為我們理解植物如何調(diào)節(jié)其光合作用來適應(yīng)不斷變化的光照條件提供了新的見解，而且也為開發(fā)能夠更有效利用光能的作物品種提供了新的策略。
缺乏DEIP1/NTA1和PGR5的幼苗中Cyt b6f蛋白積累與光合作用。(A)在MS板上長(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)4 d的WT (Col-5)、單(pgr5)和雙(pgr5 deip1- cas# 1和pgr5 deip1- cas# 2)突變體植株。下面是假彩色圖像，根據(jù)面板底部的色階顯示了每條植株線的Fv/Fm值。對(duì)于每條線，顯示值(n=3)±標(biāo)準(zhǔn)差(SD)的平均值。(B)從(A)中的幼苗中分離出等量的葉片總蛋白(調(diào)整為等于新鮮重量)，在還原條件下通過SDS-PAGE分離，轉(zhuǎn)移到PVDF膜上，并用PetA-，PetB-或petc特異性抗體進(jìn)行免疫修飾?？捡R斯亮藍(lán)(c.b.b)染色作為上樣對(duì)照。給出了三個(gè)實(shí)驗(yàn)的代表性印跡，以及波段定量(n=3)相對(duì)于pgr5(100%)±SD的平均值。(C)在100 μmol m?2 s?1的光化光作用下，使用HEXAGON-IMAGING-PAM熒光成像系統(tǒng)對(duì)(A)中暗適應(yīng)幼苗的誘導(dǎo)恢復(fù)曲線(如上圖白色和黑色條所示)的PSII量子產(chǎn)率(Y(II))和非光化學(xué)猝滅(NPQ)。顯示至少3次重復(fù)的平均值±SD。
原文： Penzler J F, Naranjo B, Walz S, et al. A pgr5 suppressor screen uncovers a distinct mechanism safeguarding the cytochrome b 6 f complex from damage through PGR5[J]. bioRxiv, 2023: 2023.11. 28.569138.
· Science：中國(guó)農(nóng)科院作科所童紅寧團(tuán)隊(duì)破譯“復(fù)粒稻”多粒簇生之謎
2024年3月8日，由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所童紅寧研究員領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)在Science發(fā)表了題為Enhancing rice panicle branching and grain yield through tissue-specific brassinosteroid inhibition的研究論文，破譯了復(fù)粒稻多粒簇生形成的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了控制簇生形成的基因編碼植物激素油菜素甾醇（BR）的代謝基因。解析了激素信號(hào)通路如何以精確的時(shí)空方式（即細(xì)胞和組織特異性信號(hào)傳導(dǎo)）作用以提高水稻的籽粒數(shù)。此研究展示了從基因克隆到潛在分子機(jī)制剖析，成功利用含有有益等位基因的天然水稻種質(zhì)資源來培育優(yōu)良水稻品系。這項(xiàng)工作突出了組織特異性激素操作在克服各種性狀之間的權(quán)衡和釋放作物產(chǎn)量潛力方面的潛力。
組織特異性BR抑制促進(jìn)水稻穗分枝
原文：Xiaoxing Zhang, et al. Enhancing rice panicle branching and grain yield through tissue-specific brassinosteroid inhibition[J]. Science 383, eadk8838(2024).
·Ampha Z40/P20花粉活力分析儀在葫蘆科作物中的應(yīng)用
高花粉活性和足量的花粉是實(shí)現(xiàn)作物穩(wěn)定結(jié)籽率的關(guān)鍵，因此檢測(cè)花粉質(zhì)量是具有成本效益的種子生產(chǎn)中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。在育種過程中全面了解花粉質(zhì)量并及早確定有效的授粉株系，不僅能簡(jiǎn)化育種工作，還能為后續(xù)的生產(chǎn)研究和種子生產(chǎn)節(jié)省時(shí)間和資源成本。與許多其他蔬菜作物不同，葫蘆科作物的雄花只能在短時(shí)間內(nèi)使用，花粉不易被分離和儲(chǔ)存起來用于種子生產(chǎn)，因此根據(jù)雌雄比例培育出足夠數(shù)量的雄花才能確保葫蘆科作物的成功授粉，所以對(duì)葫蘆科作物各品系的花粉特性進(jìn)行鑒定就顯得尤為重要，了解哪些授粉株系表現(xiàn)最佳，不僅能減少勞動(dòng)力和資源需求，還能對(duì)雄株進(jìn)行有效管理。應(yīng)用于花粉活力分析儀Ampha Z40/P20的葫蘆科作物專用芯片，可以自動(dòng)分析黃瓜、甜瓜和西瓜的花粉活力和數(shù)量，并即時(shí)輸出分析結(jié)果，不僅能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科研決策，提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，還為花粉的常規(guī)質(zhì)量控制和系統(tǒng)篩選提供了一種省時(shí)、省力、高效的解決方案。
·中棉所李付廣研究員團(tuán)隊(duì)揭示棉花耐受重金屬鎘的分子調(diào)控機(jī)制
近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所李付廣研究員團(tuán)隊(duì)在Plant Biotechnology Journal上發(fā)表了以”GhRCD1 promotes cotton tolerance to cadmium by regulating the GhbHLH12-GhMYB44-GhHMA1 transcriptional cascade”為題的文章。揭示了氧化脅迫調(diào)控蛋白GhRCD1通過調(diào)控GhbHLH12-GhMYB44-GhHMA1轉(zhuǎn)錄級(jí)聯(lián)通路響應(yīng)鎘脅迫的分子機(jī)制，為培育耐鎘棉花新品種和通過植物修復(fù)手段降低鎘污染提供了新思路。此研究揭示了GhRCD1響應(yīng)鎘脅迫的調(diào)控級(jí)聯(lián)反應(yīng)，即GhRCD1-GhbHLH12-GhMYB44-GhHMA1分子模塊；增加了棉花中鎘耐受性調(diào)節(jié)機(jī)制的理解，為培育耐鎘棉花品種提供了優(yōu)異基因和材料；拓展了棉花在治理土壤重金屬污染方面的應(yīng)用改良方向。
圖1 GhRCD1-GhbHLH12-GhMYB44-GhHMA1調(diào)控棉花Cd2+耐受性的通路示意圖
原文：Wei, X., Geng, M., Yuan, J., et al. GhRCD1 promotes cotton tolerance to cadmium by regulating the GhbHLH12–GhMYB44–GhHMA1 transcriptional cascade[J]. Plant Biotechnology Journal (2024).
·微型浮游生物（Nanoplankton）：大西洋南部海域春季碳排放的主要載體
在整個(gè)南大洋，通常假定大型硅藻（≥20μm）是碳排放的主要載體，盡管這一假設(shè)主要源自夏季觀察。在這里，我們通過對(duì)大西洋南部海域春季浮游植物群落組成的高分辨率表征和尺寸分級(jí)測(cè)量?jī)舫跫?jí)生產(chǎn)力（NPP）、氮（硝酸鹽、銨、尿素）和鐵（可溶性無機(jī)鐵、有機(jī)絡(luò)合鐵）的吸收來調(diào)查碳生產(chǎn)和排放潛力。在整個(gè)盆地（40°S至56°S），NanoPlankton大?。?/span>2.7-20μm）的硅藻，Chaetoceros spp.，在生物量、NPP和硝酸鹽吸收方面占據(jù)主導(dǎo)地位，我們將其歸因于它們對(duì)鐵的低需求、對(duì)光增加的迅速響應(yīng)以及在聚集成鏈時(shí)逃避捕食的能力。我們估計(jì)，春季Chaetoceros的盛開在大西洋南部海洋中占年度排放生產(chǎn)的25%以上，這一發(fā)現(xiàn)與其他地區(qū)的最近觀察結(jié)果一致，突顯了浮游植物“中產(chǎn)階級(jí)”在碳排放中的核心作用。
(A) 五個(gè)實(shí)驗(yàn)站的大小分級(jí)顆粒有機(jī)碳（POC）濃度的條形圖，(B) 5-125 m之間的相對(duì)浮游植物豐度和總細(xì)胞計(jì)數(shù)，(C) 5-125 m之間的相對(duì)和總浮游植物生物量，（D）從 Bongo 網(wǎng)收集的相對(duì)和總中型浮游動(dòng)物計(jì)數(shù)的條形圖。(E) CytoSense 流式細(xì)胞儀拍攝的在實(shí)驗(yàn)站中存在的優(yōu)勢(shì)種 Chaetoceros spp. 鏈的圖像。所有面板的右 Y 軸上標(biāo)有不同區(qū)域的標(biāo)簽。
本研究測(cè)量了南大洋開闊海域主要水文區(qū)的三個(gè)站點(diǎn)（即亞南極區(qū)（SAZ）、極鋒帶區(qū)（PFZ）、開放南極區(qū)（OAZ）和邊緣冰區(qū)（MIZ））中三種浮游植物粒徑級(jí)別（0.3-2.7 μm，picoplankton；2.7-20 μm，nanoplankton；20-200 μm，microplankton）對(duì)N（作為NO3-、NH4+和尿素）和鐵（作為可滴定的無機(jī)鐵和有機(jī)絡(luò)合鐵）的凈初級(jí)生產(chǎn)（NPP）和攝取速率。我們將這些攝取率與同時(shí)測(cè)量的（來自四個(gè)實(shí)驗(yàn)站點(diǎn)加上八個(gè)輔助站點(diǎn)）的大量營(yíng)養(yǎng)鹽和鐵濃度、以及植物和浮游動(dòng)物群落組成的數(shù)據(jù)相結(jié)合進(jìn)行解釋。從營(yíng)養(yǎng)物數(shù)據(jù)中，我們還估計(jì)了凈群落生產(chǎn)（NCP），這提供了一個(gè)碳輸出的衡量。最后，通過綜合為浮游植物生長(zhǎng)季節(jié)可用的觀測(cè)數(shù)據(jù)，我們將我們的春季觀測(cè)放入更廣泛的時(shí)間框架中，以便了解春季爆發(fā)對(duì)隨后的浮游植物群落的生物地球化學(xué)影響。
原文：Raquel F. Flynn et al. Nanoplankton: The dominant vector for carbon export across the Atlantic Southern Ocean in spring[J]. SCIENCE ADVANCES, 9,eadi3059(2023).
自然界中溫度與飽和水汽壓虧缺(VPD)的強(qiáng)烈共變限制了我們對(duì)溫度對(duì)葉片氣體交換直接影響的了解。CO2和H2O中的穩(wěn)定同位素能讓我們從機(jī)理上深入了解葉片氣體交換過程中的生理和生化過程。2024年2月1日，New Phytologist在線刊發(fā)瑞士聯(lián)邦森林、雪與景觀研究所Haoyu Diao等人標(biāo)題為Uncoupling of stomatal conductance and photosynthesis at high temperatures: mechanistic insights from online stable isotope techniques的研究文章。該研究對(duì)四種常見的歐洲樹種進(jìn)行了葉片氣體交換和在線同位素鑒別的綜合測(cè)量，葉片溫度范圍為 5-40°C，同時(shí)保持恒定的葉-大氣水汽壓差(0.8 kPa)，而不受到土壤水分的限制。
本研究氣體交換測(cè)量及測(cè)量條件控制所用的旁路濕度控制系統(tǒng)均來自德國(guó)WALZ，如便攜式光合熒光測(cè)量系統(tǒng)GFS-3000，大葉室3010-GWK1，葉室光源RGBW-L084，冷阱，微型光量子傳感器LS-C，葉片溫度傳感器3010-CA/TCL。所有氣體交換測(cè)量組件放置在一個(gè)2.2m2d的Conviron PGR15氣候室里。
原文：Diao, H., Cernusak, L.A., Saurer, M., Gessler, A., Siegwolf, R.T.W. and Lehmann, M.M. (2024), Uncoupling of stomatal conductance and photosynthesis at high temperatures: mechanistic insights from online stable isotope techniques. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.19558
·植物如何在不同光照環(huán)境下調(diào)節(jié)光合作用？最新研究揭示其調(diào)節(jié)機(jī)制
在自然界中，植物面臨著不斷變化的光照環(huán)境。從日出到日落，光線的強(qiáng)度和光質(zhì)都在不斷波動(dòng)，這對(duì)植物的光合作用提出了巨大的挑戰(zhàn)。近期，一項(xiàng)發(fā)表在Plant, Cell & Environment上的研究為我們揭示了植物如何在不同光照強(qiáng)度下調(diào)節(jié)其光合作用，以保持生長(zhǎng)和生產(chǎn)力的奧秘。研究中，德國(guó)和捷克聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)深入探討了植物在面對(duì)光線波動(dòng)時(shí)，其光合作用調(diào)節(jié)過程的動(dòng)態(tài)變化。這項(xiàng)研究不僅增進(jìn)了我們對(duì)植物生理機(jī)制的理解，也為未來作物改良和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了新的視角。
這項(xiàng)突破性的研究為我們打開了一扇窗，讓我們得以窺見植物如何在自然界的光與影中舞蹈。通過深入理解這些調(diào)節(jié)機(jī)制，我們不僅能更好地應(yīng)對(duì)氣候變化帶來的挑戰(zhàn)，還能為未來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的支持。隨著研究的不斷深入，我們有理由相信，未來的作物將更加堅(jiān)韌，能夠在不斷變化的環(huán)境中茁壯成長(zhǎng)。研究中使用德國(guó)WALZ的四通道動(dòng)態(tài)LED陣列近紅外光譜儀DUAL-KLAS-NIR測(cè)量了PSI 反應(yīng)中心（P700）、質(zhì)體藍(lán)素（PC） 和鐵氧還蛋白 （Fd）的氧化還原變化。
原文：Niu, Y., Matsubara, S., Nedbal, L. & Lazár, D. Dynamics and interplay of photosynthetic regulatory processes depend on the amplitudes of oscillating light[J]. Plant, Cell & Environment, 2024, 1-18.