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FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)應(yīng)用于突變體研究
發(fā)布時(shí)間： 2022-03-21 點(diǎn)擊次數(shù)： 3000次葉綠素?zé)晒馐侵参锕夂仙頇z測(cè)的重要探針，基于葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量的FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，在植物與藻類研究中應(yīng)用廣泛，已然成為光合生理、育種、環(huán)境控制研究、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等眾多研究方向*的有效工具。本次摘選4篇易科泰FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)在不同植物基因突變體研究方面的文獻(xiàn)分享。（參考文獻(xiàn)附在文末）
1.乙烯不敏感突變提高了擬南芥植物對(duì)NO2的耐受性
通過分析乙烯不敏感突變體ein2-1和野生型WT的生理生化表現(xiàn)，探討植物乙烯敏感性與NO2耐受性之間的關(guān)系及其機(jī)制。該研究中，對(duì)培養(yǎng)的ein2-1和WT擬南芥進(jìn)行8h NO2熏蒸處理，然后對(duì)植物進(jìn)行基因表達(dá)、生理生化指標(biāo)等分析。其中，利用FluorCam對(duì)光合生理指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)，分析突變體和野生型對(duì)NO2的光合性能響應(yīng)的差異。數(shù)據(jù)表明，與ein2-1相比，NO2暴露對(duì)WT的光合作用損害更嚴(yán)重。
2.HK5和HK6細(xì)胞分裂素受體介導(dǎo)水稻的多種發(fā)育途徑
細(xì)胞分裂素參與調(diào)節(jié)幾乎所有的植物生長發(fā)育過程，通過改造細(xì)胞分裂素受體相關(guān)基因，提高作物物種產(chǎn)量和品質(zhì)，是一種具有前景的改善作物的方法。對(duì)由CRISPR/Cas9基因編輯獲得的細(xì)胞分裂素組氨酸激酶基因（HK）突變體（hk5、hk6、hk5 hk6）進(jìn)行葉綠素?zé)晒?、根系、?xì)胞、農(nóng)藝性狀、基因表達(dá)等分析，研究其對(duì)細(xì)胞分裂素反應(yīng)。
其中通過FluorCam葉綠素?zé)晒獬上瘾@得的RFd（熒光衰減率）結(jié)果表明，細(xì)胞分裂素的應(yīng)用顯著阻斷了野生型(WT)葉片轉(zhuǎn)移到黑暗中培養(yǎng)3天后所觀察到的RFd的減少。hk5和hk6單突變體對(duì)細(xì)胞分裂素的響應(yīng)不明顯。在沒有外源細(xì)胞分裂素的情況下，與WT相比，雙突變體hk5hk63天后RFd顯著下降，對(duì)外源細(xì)胞分裂素的反應(yīng)也顯著減弱。
3.脫落酸、ABI5和PPC2參與了植物對(duì)低CO2的適應(yīng)
磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)在C4植物的光合二氧化碳固定過程中起著關(guān)鍵作用。然而，PEPCs在C3植物中的功能特征并不明確，特別是在與低大氣二氧化碳水平相關(guān)方面。在擬南芥中編碼PEPC的4個(gè)基因中，PPC2被認(rèn)為是葉片的主要PEPC基因。
將通過轉(zhuǎn)基因獲得的ppc突變體，進(jìn)行低CO2處理，并進(jìn)行生理生化、基因表達(dá)等指標(biāo)分析，以篩選關(guān)鍵基因，及研究其主要功能。其中FluorCam葉綠素?zé)晒獬上駥?duì)前期篩選出ppc2突變體與野生型對(duì)照WT分析，結(jié)果表明，在環(huán)境CO2濃度下，ppc2與WT的Fv/Fm無明顯差異。而在低CO2條件下ppc2突變體生長停滯，同時(shí)Fv/Fm顯著降低。
本文其他實(shí)驗(yàn)證明，添加外援ABA提高了低CO2下植物的性能。ABI3、ABI4、ABI5基因是ABA對(duì)種子萌發(fā)及萌發(fā)后的調(diào)控作用的必需的轉(zhuǎn)錄因子，為了證明其在低CO2條件下的功能，對(duì)abi5突變體和Ws進(jìn)行處理對(duì)比。結(jié)果表明，abi5突變導(dǎo)致了低CO2條件下幼苗的光合效率的降低。
本文還研究了干旱處理下，ppc2的光合生理變化，規(guī)律與低CO2處理表現(xiàn)一致。
4.CIPK23基因可緩解擬南芥中由高NH4+/K+比率引起的毒性
NH4+對(duì)植物葉片的毒性主要是由NH4+與K+的高比例(NH4+/K+≥10：1)引起的，而不是由離子的絕對(duì)濃度。文章中為了證實(shí)CIPK23基因在減輕NH4+毒性所起的作用，通過葉綠素?zé)晒獬上駵y(cè)量等手段，對(duì)不同NH4+/K+比值濃度條件下，CIPK23突變體與野生型Col-0生理響應(yīng)差異。在低NH4+/K+比值條件下，兩種植物材料之間的葉綠素?zé)晒鈪?shù)沒有顯著差異。在高NH4+/K+比值條件下，Col-0的NPQ和Rfd值顯著高于cipk23突變體。NPQ是光照條件下PSII系統(tǒng)過度光和散熱的指標(biāo)，Rfd可以反映植物對(duì)脅迫的耐受性。測(cè)定結(jié)果表明，CIPK23可以通過避免光誘導(dǎo)的損傷來提高植物對(duì)高nh4+/K+比值的耐受性。
參考文獻(xiàn)：
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[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.
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