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，您可以在科研動態(tài)版塊一窺究竟。近期的科研動態(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)，其缺失會導(dǎo)致植物在波動光照條件下光系統(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PSII（光系統(tǒng)II）功能至關(guān)重要的蛋白，以及對細(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(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，不僅能減少勞動力和資源需求，還能對雄株進(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測量凈初級生產(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大小（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鐵的低需求、對光增加的迅速響應(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”在碳排放中的核心作用。
(A) 五個(gè)實(shí)驗(yàn)站的大小分級顆粒有機(jī)碳（POC）濃度的條形圖，(B) 5-125 m之間的相對浮游植物豐度和總細(xì)胞計(jì)數(shù)，(C) 5-125 m之間的相對和總浮游植物生物量，（D）從 Bongo 網(wǎng)收集的相對和總中型浮游動物計(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別（0.3-2.7 μm，picoplankton；2.7-20 μm，nanoplankton；20-200 μm，microplankton）對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）的凈初級生產(chǎn)（NPP）和攝取速率。我們將這些攝取率與同時(shí)測量的（來自四個(gè)實(shí)驗(yàn)站點(diǎn)加上八個(gè)輔助站點(diǎn)）的大量營養(yǎng)鹽和鐵濃度、以及植物和浮游動物群落組成的數(shù)據(jù)相結(jié)合進(jìn)行解釋。從營養(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季節(jié)可用的觀測數(shù)據(jù)，我們將我們的春季觀測放入更廣泛的時(shí)間框架中，以便了解春季爆發(fā)對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溫度對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。
本研究氣體交換測量及測量條件控制所用的旁路濕度控制系統(tǒng)均來自德國WALZ，如便攜式光合熒光測量系統(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，這對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，以保持生長和生產(chǎn)力的奧秘。研究中，德國和捷克聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)深入探討了植物在面對光線波動時(shí)，其光合作用調(diào)節(jié)過程的動態(tài)變化。這項(xiàng)研究不僅增進(jìn)了我們對植物生理機(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。研究中使用德國WALZ的四通道動態(tài)LED陣列近紅外光譜儀DUAL-KLAS-NIR測量了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.