德國研究人員使用體內(nèi)生物傳感器研究植物代謝過程

明斯特大學的研究人員在波恩大學的參與下正在研究調(diào)節(jié)植物能量代謝的關鍵機制，并使用一種新的體內(nèi)生物傳感器技術(shù)，為實時監(jiān)測哪些影響打開了大門。環(huán)境的變化對中央的氧化還原代謝有影響。該研究已發(fā)表在“ 植物細胞 ”雜志上。

地球上幾乎所有生命，特別是我們的食物和健康，都取決于植物中的新陳代謝。為了了解這些代謝過程如何發(fā)揮作用，明斯特大學植物生物學與生物技術(shù)研究所的研究人員在波恩大學的參與下正在研究調(diào)節(jié)能量代謝的關鍵機制?，F(xiàn)在，首次采用一種新的體內(nèi)生物傳感器技術(shù)方法，使他們能夠?qū)崟r監(jiān)控環(huán)境變化(例如光，溫度，干旱，洪水或害蟲侵擾)對模型的中心代謝有何影響植物擬南芥(擬南芥)。

背景和方法

研究人員團隊在植物內(nèi)部表達了一種基因編碼傳感器，以使中央代謝過程真正可見。該研究的主要作者Janina Steinbeck博士說：“由于植物從外部看起來非常靜態(tài)，因此它們必須是細胞內(nèi)靈活性和適應性的超快大師?！?“我們現(xiàn)在能夠觀察到生活在植物體內(nèi)的那些動態(tài)?！? 為了測量植物中的代謝過程并產(chǎn)生其圖像，研究人員使用了體內(nèi)生物傳感，這是一種實時研究活生物體，組織或細胞的方法。該生物傳感器由生物識別元件，與待檢測分子特異性結(jié)合的蛋白質(zhì)和讀出元件，將與識別元件的結(jié)合轉(zhuǎn)化為光信號的蛋白質(zhì)組成。神經(jīng)細胞。研究人員對該傳感器進行了改進和開發(fā)，使其可以在植物中使用。

傳感器可以直接結(jié)合，然后釋放分子NAD +和NADH。所謂的NAD氧化還原系統(tǒng)對于幾乎所有生物的新陳代謝過程中的電子轉(zhuǎn)移至關重要。傳感器由一種藍綠色熒光蛋白和一種紅色熒光蛋白組成，它們都根據(jù)細胞中NAD的狀態(tài)而改變其亮度。活細胞中的傳感器讀數(shù)是通過現(xiàn)代共聚焦激光掃描顯微鏡進行的。在植物中使用NAD體內(nèi)感測的可能性為植物研究人員開辟了新的選擇?！皩τ谖覀儊碚f，這種新方法是方法學方面的一項成就，因為現(xiàn)在我們可以準確了解植物中代謝過程的確切位置，”大學植物能量生物學工作組負責人MarkusSchwarzl?nder教授解釋說。明斯特

到目前為止，研究人員只能通過從植物中提取提取物并用生化方法進行分析來研究這種代謝過程。然而，在這種方法中，細胞和組織被破壞，并且不再可能追蹤代謝變化發(fā)生的確切位置?，F(xiàn)在，研究人員可以跟蹤氧化還原代謝的動態(tài)變化，除其他功能外，它還可以從特定的細胞室(此處為細胞質(zhì)中)，單個細胞直至完整的活植物中的完整器官，為細胞提供能量。。

“完整的細胞本身因此成為可視化生命過程的測試對象。因此，我們可以觀察活細胞的生理學，從而從最真實的意義上進行生命科學，”負責人Andreas Meyer博士解釋說。波恩大學作物科學與資源保護研究所化學信號工作小組的成員。

這種方法可以創(chuàng)建整個植物的第一個NAD氧化還原圖，并觀察從亮到暗過渡的氧化還原動態(tài)，以及糖狀態(tài)，細胞呼吸和氧氣供應的變化。MarkusSchwarzl?nder說：“因此，很明顯，新陳代謝與環(huán)境之間是如何直接聯(lián)系在一起的?！? “特別令人興奮的是與免疫反應的新聯(lián)系，我們以前幾乎不知道這一點，現(xiàn)在需要更深入地研究?！?/p>

與“植物細胞 ”(The Plant Cell)的出版幾乎在同一時間，香港研究人員的一項研究發(fā)表在“ 自然通訊 ”(Nature Communications)上。在這項研究中，一種不同的NAD傳感器在植物內(nèi)部表達，并用于研究光合作用。兩項研究的結(jié)果相互支持。“通過新方法獲得的信息在未來種植植物方面將發(fā)揮關鍵作用，這將使我們的糧食生產(chǎn)更具可持續(xù)性，并有助于減輕氣候變化的影響。也有可能及早直接認識到農(nóng)作物的壓力，” Schwarzl?nder說。