ArrayJet生物芯片點樣儀助力植物耐旱能力研究

植物細胞最重要的特征之一是含有細胞壁，細胞壁富含多糖結構，包圍著原生質體，具有控制植物形態和調節生理功能的作用。對于多肉植物而言，干旱會迫使它們形成多肉綜合征，主要表現為細胞壁的改變。對于多肉綜合征與細胞壁結構以及多糖成分變化之間的關系目前尚無明確定論。為了了解植物組織結構進化與其適應干旱環境的內在聯系，已經有許多團隊從分子生物學、組織學、功能學等多方向開展研究。本次我們介紹的是從不同種類植物的細胞壁及其組分進化的角度，來研究與耐旱能力之間的關系。

 

該文章于2023年8月31日發表在《Physiologia Plantarum》雜志，來自于哥本哈根大學植物與環境科學系的Bodil Jørgensen團隊。該團隊選取了Crassula（一類景天科植物）作為研究對象，主要研究內容：(1)不同干旱條件下，自然生長的Crassula多糖和糖蛋白組成; (2)Crassula的糖組學多樣性對進化和適應干旱環境能力的影響。

作者共采集了56個Crassula類群樣本，每個類群至少采集三片葉片作為生物重復。首先，將葉片樣本破碎并純化，然后連續稀釋形成濃度梯度并接種到384微孔板中，使用英國Arrayjet公司的 Arrayjet Marathon Classic生物芯片點樣儀（現為Mercury 25型號）將樣品點印在0.45微米的硝酸纖維素膜上制成多糖芯片。然后使用48個靶向不同的多糖和糖蛋白的單克隆抗體作為一抗與芯片雜交，再用熒光標記的二抗進行孵育。在芯片掃描儀讀取芯片后，使用RStudio軟件，利用微陣列聚合物譜分析方法（Comprehensive microarray polymer profiling ，CoMPP）、多因素分析法（Multiple factor analysis ，MFA）和隨機森林分析（Random forest ，RF）（圖1）完成芯片數據分析。
為了印證芯片分析的結果，作者進一步使用顯微鏡觀察了不同種Crassula的葉片組織切片，從組織學角度分析細胞壁與耐旱能力之間的關系。同時，也利用高效液相色譜分析了葉片樣本中單糖的組分差異與細胞壁之間的關系。

圖1 微陣列芯片方法的流程示意圖，利用Arrayjet Marathon Classic生物芯片點樣儀制備植物多糖芯片，進行抗體雜交檢測
 

通過對多糖微陣列芯片與組織結構進行分析，發現致密型和非致密型Crassula物種在葉片糖組學方面具有不同的表型分布(圖2)，而且細胞壁中果膠和阿拉伯半乳聚糖的表達呈現出顯著差異；在與干旱相關性的研究中，發現鼠李半乳糖醛酸聚糖以及阿拉伯糖的表達水平也與干旱程度呈正相關。這些結果提示不同的糖組性狀可能通過參與細胞壁的形成影響植物抗旱性。作者將CoMPP的結果以熱圖的方式呈現，并結合多MFA形成了圖2中的結果。有些類似于流式細胞分析的結果，該方法是從多個維度分析樣本參數在散點圖中的分布情況。作者分析了前五個MFA維度，綜合各個維度的結果，結果發現致密型和非致密型兩類植物的生長形態的綜合差異則會更大。

圖2 (A)基于CoMPP數據的多因子分析(MFA)得分圖，根據兩種生長形態(濃度橢圓在0.68水平;星星代表離群值)。(B) (A)陰影區域的擴展視圖。緊密型和非緊密型Crassula種沿MFA第1維度(C)和第2維度(D)的箱形圖。使用Welch t檢驗(如果兩者均呈正態分布)或Wilcoxon檢驗評估兩組之間的顯著差異，用星號表示(***p <0.001)。
 

在單糖分析中，致密型植物的阿拉伯糖含量顯著較高，而非致密型植物的木糖含量較高，葡萄糖則沒有明顯的傾向。此外，細胞壁中果膠和阿拉伯半乳聚糖的表達呈現出顯著差異；在與干旱相關性的研究中，發現鼠李半乳糖醛酸聚糖以及阿拉伯糖的表達水平也與干旱程度呈正相關。

最終，結合單糖成分、組織結構分析，作者得出以下結論。利用MFA分析的CoMPP結果表明，致密型和非致密型crasura物種在葉片糖組學方面占據了不同的表型空間(圖2)。果膠和阿拉伯半乳聚糖蛋白質（AGP）是驅動兩種Crassula產生生長形式差異的主要細胞壁成分。在與干旱相關性的研究中，鼠李半乳糖醛酸聚糖，阿拉伯糖和AGP表位的水平也與干旱的增加呈正相關，這些結果提示不同的糖組性狀可能通過參與細胞壁的形成影響植物抗旱性。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ppl.14007

Arrayjet位于英國愛丁堡，專注于提供生物芯片應用領域的解決方案及服務。自2000年公司成立即致力于開發新型生物樣品噴點方案–噴墨式液體處理平臺，該系統于2006年上市，目前用戶遍布全球27個國家。

Mercury系列產品采用獨特的飛行噴墨點樣技術實現行業第一的快速、非接觸式微量液體處理。同時上萬種不同樣品可以進行快速點樣，專利的上樣模塊配合高通量的點樣噴頭保障您的點樣操作快速、無污染，更低的上樣體積可有效減少樣品損失，使您的珍貴樣品物盡其用。

 

▼更多 Mercury系列 產品詳情，請聯系我們▼
環亞生物科技有限公司
地址：上海市閔行區友東路358號閔欣大廈1號樓701/703/705室
電話：021-54583565
郵箱：info@apgbio.com
網址：www.apgbio.com
 

▼更多精彩內容，請掃碼關注我們▼