PlantScreen SC應(yīng)用案例：發(fā)現(xiàn)擬南芥新型促衰老調(diào)節(jié)因子

      一氧化氮（NO）是參與生物體信號(hào)傳導(dǎo)的自由基氣體分子，因在高等植物中廣泛參與發(fā)育和脅迫響應(yīng)而被熟知。早在20世紀(jì)90年代，人們就發(fā)現(xiàn)NO是植物衰老的重要調(diào)節(jié)因子。例如在果實(shí)成熟和花衰老過程中內(nèi)源性NO會(huì)降低，而外源性NO則能夠延緩衰老(Leshem et al., 1998)。

      傳遞NO信號(hào)至生物功能的過程包括和目標(biāo)蛋白特定殘基的反應(yīng)，而目標(biāo)蛋白會(huì)經(jīng)歷NO依賴的翻譯后修飾（PTMs），如常見的絡(luò)氨酸（Tyr）硝化。硝化通常指向有機(jī)化合物分子中引入硝基(-NO2)的過程。過氧亞硝基（ONOO^-）、二氧化氮（NO2）等NO相關(guān)分子便能夠參與硝化反應(yīng)——無論在生物體生理狀態(tài)，抑或是脅迫狀態(tài)下。
 
      近期，波蘭波茲南密茨凱維奇大學(xué)（Adam Mickiewicz University）的研究人員通過開展擬南芥暗誘導(dǎo)葉片衰老（DILS）模型實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)過氧亞硝基（ONOO^-）在此過程中會(huì)發(fā)生瞬態(tài)波動(dòng)，因此可作為新的促衰老調(diào)節(jié)因子。并且ONOO^-能夠微調(diào)氧化還原環(huán)境，實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)和核酸水平的選擇性硝化(Arasimowicz-Jelonek et al., 2022)。

      在此項(xiàng)研究中，高通量表型系統(tǒng)PlantScreen SC用來量化植物脅迫的動(dòng)態(tài)——系統(tǒng)能夠通過RGB形態(tài)、葉片色素成像及葉綠素?zé)晒獬上瘢瑥脑缙谥镣砥趯?duì)植物的脅迫癥狀進(jìn)行無損評(píng)估。 該系統(tǒng)具備以下功能：       研究人員將生長26天的野生型擬南芥的第7片蓮座葉用鋁箔輕輕遮住，開始進(jìn)行暗誘導(dǎo)葉片衰老（DILS），其余葉片則處于正常的光暗循環(huán)下。每天將對(duì)照組（無暗誘導(dǎo)植株）和處理組樣品放入PlantScreen SC系統(tǒng)進(jìn)行表型數(shù)據(jù)的測(cè)定，持續(xù)9天。

      結(jié)果表明：暗誘導(dǎo)的衰老過程既表現(xiàn)在葉片綠度的變化，也表現(xiàn)在光合表現(xiàn)的變化（兩者分別PlantScreen SC系統(tǒng)的RGB顏色分析和PAM葉綠素?zé)晒獬上窆δ苓M(jìn)行檢測(cè)評(píng)估）。在DILS過程中，暗誘導(dǎo)葉片中的NO含量逐漸降低；ONOO^-則在第3天時(shí)劇增，隨后急速下降，表現(xiàn)出瞬態(tài)波動(dòng)。暗誘導(dǎo)葉片在DILS第3天光合效率顯著下降，第4天（ONOO^-劇增后）出現(xiàn)萎黃病癥。并且，處理組擬南芥生長速率（基于排除暗誘導(dǎo)葉片后的植株蓮座面積）從第4天后顯著降低，因暗處理脅迫使植株縮小30%。綜上，以上變化表明了時(shí)間依賴性的ONOO^-生物有效性的促衰老歸宿。       高通量表型系統(tǒng)PlantScreen SC將植物傳送系統(tǒng)和成像分析系統(tǒng)安裝于一體式緊湊機(jī)箱內(nèi)。使用者只需把植物樣品放在載樣區(qū)，系統(tǒng)便會(huì)將其自動(dòng)傳送至成像單元進(jìn)行成像采集，之后自動(dòng)傳出；并且系統(tǒng)分析軟件會(huì)自動(dòng)給出測(cè)量分析結(jié)果。平臺(tái)有腳輪可以移動(dòng)，方便大型溫室內(nèi)不同區(qū)域間移動(dòng)使用，極大地提高了載樣方便性和使用效率。因此高通量表型系統(tǒng)PlantScreen SC是實(shí)驗(yàn)室和溫室植物表型分析的理想平臺(tái)，自面世以來在世界范圍有著極高的裝機(jī)量和出場率。  
參考文獻(xiàn)

• Leshem, Y. Y., Wills, R. B. H., & Ku, V. V.-V. (1998). Evidence for the function of the free radical gas—Nitric oxide (NO•)—As an endogenous maturation and senescence regulating factor in higher plants. Plant Physiology and Biochemistry, 36(11), 825–833.
• Corpas, F. J., & Palma, J. M. (2020). Assessing Nitric Oxide (NO) in Higher Plants: An Outline. Nitrogen, 1(1), Article 1.
• Arasimowicz-Jelonek, M., Jagodzik, P., Płóciennik, A., Sobieszczuk-Nowicka, E., Mattoo, A., Polcyn, W., & Floryszak-Wieczorek, J. (2022). Dynamics of nitration during dark-induced leaf senescence in Arabidopsis reveals proteins modified by tryptophan nitration. Journal of Experimental Botany, erac341.

 
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