作为科技型企业，尊龙凯时 - 人生就是搏!科技一直洞悉科研脉搏，走在行业前沿，想知道业内有哪些研究成果，您可以在科研动态版块一窥究竟。近期的科研动态包括根系功能生态学研究、光合作用和有氧呼吸抑制的新机制、光系统I的干旱响应研究、光保护机制、光合仪实时监测叶片含水量、高通筛选海带光合耐热性的新方法、QTG-Miner系统解析玉米雄穗分枝数遗传基础等。
·Functional Ecology：基于功能属性研究根系功能生态学的挑战与机遇
自从Wright等（Wright et al., 2004）报道全球叶经济谱以来，植物功能属性研究得到快速发展，先是快速积累了大量的地上功能属性数据，鉴于根系功能属性的重要性，研究者们逐渐将目光转向地下，但土壤的不透明性，以及根系的复杂性，导致根系功能属性研究存在诸多挑战。可喜的是，Freschet等（Freschet et al., 2021a, b）的两篇长综述，系统地阐述了根系功能属性研究现状、研究方法和根系功能属性与根系功能之间的关系。最近，Fort（Fort, 2023）在Functional Ecology发表的综述“Grounding trait-based root functional ecology”，进一步系统报道了基于功能属性研究根系功能生态学的挑战与机遇。根系分析系统WinRHIZO Pro是一款能够获取构型类根系功能属性的优质工具，虽然同样很难获取构型类根系功能属性，但至少有获取构型类根系功能属性的可能性。
解剖、构型和形态功能属性与组织水平及其功能间的假定相关关系
原文：Fort F (2023). Grounding trait-based root functional ecology[J]. Functional Ecology, 37, 2159-2169.
·Nature Communications：厌氧呼吸产生的弱酸会抑制光合作用和有氧呼吸
近期，国际知名学术期刊Nature Communications上发表中国科学院植物研究所光生物学重点实验室田利金研究员课题组的最新研究成果“Weak acids produced during anaerobic respiration suppress both photosynthesis and aerobic respiration”，揭示了无氧发酵代谢物抑制光合作用和有氧呼吸的新机制。该研究阐释了光合生物中无氧发酵影响光合作用和呼吸作用的新机制，对于探索光合作用、有氧呼吸和无氧呼吸之间的化学偶联，理解光合生物基本生理过程及优化植物生长和固碳能力具有重要意义。
莱茵衣藻无氧发酵代谢途径以及“离子陷阱”工作模型
在本研究中，在厌氧/有氧条件下微藻和拟南芥的叶绿素荧光测量使用双通道叶绿素荧光仪Dual-PAM-100和叶绿素荧光成像系统IMAGING-PAM完成。使用光纤式氧气测量仪FireSting-O2来监测和记录了溶液中的氧浓度的变化。用来反映类囊体腔酸化产生跨膜质子梯度和质子通过ATP合酶释放的电致变色(ECS)则是使用双通道叶绿素荧光仪Dual-PAM-100的P515/535模块来完成。
原文：Pang, X., Nawrocki, W.J., Cardol, P. et al. Weak acids produced during anaerobic respiration suppress both photosynthesis and aerobic respiration[J]. Nature Communications, 14, 4207 (2023). http://doi.org/10.1038/s41467-023-39898-0.
·New Phytologist：干旱胁迫对拟南芥的两个光系统都有影响
迄今为止，大多数干旱胁迫研究都集中在PSII及其天线上，而对完整光合机构特别是光系统I（PSI）的干旱响应关注较少。近期，发表在New Phytologist上的最新成果“Drought affects both photosystems in Arabidopsis thaliana”为植物相应干旱胁迫提供了新的见解。在本研究中，Chen Hu等人跟踪了拟南芥在14天干旱处理期间光合机构的变化，结合生化和功能测量，进一步的拓展了人们对干旱影响光合膜的认知。干旱导致PSII超级复合物的分解和PSII核心的降解。相反，光捕获复合物（LHCII）保留在膜中，但不能充当活性PSII的天线，因此代表了光损伤的潜在来源。在非光化学淬灭（NPQ）诱导期间也可以观察到这种效应，即使是短脉冲的饱和光也会导致光抑制。在后期，在严重的干旱胁迫下，PSI天线尺寸也减小，PSI-LHCI超复合物被降解。令人惊讶的是，虽然没有观察到PSI核心蛋白含量的变化，但PSI的功能受到严重影响，表明非功能性PSI复合物在干旱胁迫时大量积累。由此得出结论，干旱影响两个光系统，尽管处于不同的阶段，并且PSII（ΦPSII）对干旱非常敏感，因此可以作为早期发现干旱胁迫的参数。
干旱影响拟南芥光系统的模型示意图
原文：Hu C, Elias E, Nawrocki W J, et al. Drought affects both photosystems in Arabidopsis thaliana[J]. New Phytologist, 2023.
·x型和y型硫氧还蛋白在波动光下维持光系统I受体侧的氧化还原稳定
植物通过各种光保护机制应对光强度的突然增加。硫氧还蛋白(Trx)系统的氧化还原调节也有助于这一过程。在以往的研究中，人们已经广泛分析了f型和m型Trx在应对这种波动光照条件时的功能，但对x型和y型Trx的功能却知之甚少。2023年8月22日，Plant Physiology在线发表了日本冈山大学和京都产业大学联合署名的题为x- and y-type thioredoxins maintain redox homeostasis on photosystem I acceptor side under fluctuating light的文章。科研人员以拟南芥(Arabidopsis thaliana)为研究对象，分析了trx x单突，trx y1 trx y2双突和trx × trx y1 trx y2三重突变体的差异。对光合作用的详细分析揭示了在低光下trx x和trx × trx y1 trx y2中光系统I(PSI)参数的变化。
本研究中，叶绿素荧光和P700差示吸收，波动光(fluctuating light: 5min低光54 μmol m−2 s−1;1min高光1455 μmolm−2 s−1, 三个循环)模拟测量均通过DUAL-PAM-100双通道调制叶绿素荧光仪完成。表征NDH活性的测量通过MINI-PAM-II完成。
原文：Yuki Okegawa, Nozomi Sato, Rino Nakakura, et al. x- and y-type thioredoxins maintain redox homeostasis on photosystem I acceptor side under fluctuating light[J]. Plant Physiology, 2023, kiad466.
·将GFS-3000与光谱仪结合可在测光合的同时实时测量叶片水分
光合仪可以测得环境空气中的水分，但叶片本身的含水量可能对光合、气孔、水分利用效率等的影响更为直接。芬兰科学家开发并测试了一种新方法，将GFS-3000光合荧光测量系统与光谱传感器组合，在测量气体交换的同时，可实时测量叶片的水分含量。研究使用了芬兰NIRONE S2.0光谱传感器，波长1550-1950 nm，与德国WALZ的GFS-3000便携式光合荧光测量系统，将光谱传感器固定到光合仪叶室底部，进行同步测量。由于GFS-3000的下叶室与上叶室一样，都可透光，留出了可进行光学测量的位置，使得这种组合测量的想法得以实现（图1）。
图1 （a） 使用GFS-3000光合仪分析白桦叶含水量，叶室上方安装了LED光源模块，下方安装了微型光谱传感器（NIRONE 2.0）；（b） 白桦叶含水量的微型光谱传感器测量示意图；圆圈是大致的传感器测量区域。
原文：Junttila, S.; Hölttä, T.; Salmon, Y.; Filella, I.; Peñuelas, J. A Novel Method to Simultaneously Measure Leaf Gas Exchange and Water Content[J]. Remote Sensing 2022, 14(15), 3693.
·新方法：通过叶绿素荧光成像高通量筛选海带光合耐热性
随着全球气候变化，海洋热浪的频率和强度不断增加，为了加快对海藻耐热性的生态学和进化的研究，澳大利亚科学家开发了一种高效、可重复且广泛适用的海藻热指标。根据陆地T–F0方法，作者在多种海带中应用了这一新方法，并确定了在不同叶状体形态或厚度的物种中应用的几个重要方法考虑因素。结果表明，这种高通量和高效的方法可以被广泛采用，以支持全球对海藻耐热性的生态学和进化的研究，并代表了预测海藻对温度变化反应的重要资源。
T–F0测量设置和荧光曲线示例。（a）Maxi-Imaging-PAM（带红色遮光板）与金属框架安装在由实验升降台支撑的帕尔贴控温板上。样品用双层玻璃压住，以便与热电偶接触并缓冲温度。（b）阵列上的海藻样品带有网格参考，并覆盖一层塑料薄膜，每个样品都与热电偶连接。（c）显示慢上升荧光和快上升荧光（Tcrit）之间的断点/拐点的温度依赖性荧光曲线示例。
原文：Harris, R.J., Bryant, C., Coleman, M.A., Leigh, A., et al. A novel and high-throughput approach to assess photosynthetic thermal tolerance of kelp using chlorophyll α fluorometry[J]. Journal of Phycology, 2023, 59: 179-192.
·中国研究团队利用QTG-Miner系统解析玉米雄穗分枝数遗传基础
2023年8月26日，华中农业大学李林教授（通讯作者）等研究团队在Nature Communications在线发表了题为“QTG-Miner aids rapid dissection of the genetic base of tassel branch number in maize”的研究论文，开发了一种基于多组学数据的玉米数量性状基因（QTGs）大规模快速克隆技术QTG-Miner，定位克隆并验证了7个雄穗分枝数QTL基因，构建了一个全面的TBN分子调控网络，并揭示了现代玉米遗传改良过程中雄穗分枝数性状调控基因的驯化选择和相关的生物学途径。QTG-Miner是系统解析作物重要农艺性状遗传和分子机制的高效方法。
QTG-Miner的基本原理和工作流程
原文：Wang, X., Li, J., Han, L., et al. QTG-Miner aids rapid dissection of the genetic base of tassel branch number in maize[J]. Nature Communications, 14, 5232 (2023).
北大荒垦丰种业-尊龙凯时 - 人生就是搏!科技生物技术与表型服务中心是由北大荒垦丰种业股份有限公司和上海尊龙凯时 - 人生就是搏!科技股份有限公司共同建设的开放式高通量植物基因型-表型-育种服务平台。中心建立了基因克隆和载体平台、作物转化系统、基因型分析平台、表型鉴定分析平台、数据分析和利用平台等现代化生物技术和信息支持平台，是定位于为植物科研和作物育种提供植物基因型-表型-育种数据分析的科研服务平台。
高通量基因分型检测平台：高通量基因分型检测平台包括高通量Oktopure DNA提取仪、Nexar®模块化内联液处理与分析系统、Soellex®高通量PCR水浴热循环系统和Araya®内联荧光检测系统。Oktopure DNA提取仪采用磁珠的方法提取DNA，通量达到800个样本/3小时。同时，适用于多种样本类型的DNA提取，包括植物叶片、种子，毛发、血方卡、精液、口拭子、唾液、组织等。提取的DNA适用于多种下游应用，如基因分型、一代测序、二代测序等。Nexar高通量吸取样品DNA和引物、mix至384孔卷带并封膜。Soellex对封膜完成的卷带进行PCR水浴热循环，每次最多可达230,000个样本。Araya对水浴完成的卷带扫描分析，28秒扫描一张卷带。基因分型采用KASP（Kompetitive Allele Specific PCR）原理，对目标SNPs和InDels进行精准的双等位基因分型。反应体系仅1.6μl，具有高通量、低成本，准确率和检出率接近100%的明显优势。
DNA提取服务：针对玉米、大豆及水稻等作物的不同组织/器官（叶片、种子等），利用标准的SDS/CTAB法和磁珠法开展DNA提取工作，可实现单日普通质量10,000份和高质量5,000份的DNA提取。
分子标记开发与检测服务：根据目标DNA/基因序列,可开发高效的分子标记（SNP-KASP、SSR等），并可实现单日最高一万SSR数据点，以及数以十万计的SNP数据点检测。
芯片检测服务：基因组育种芯片是将大规模的基因组测序、功能基因组研究的最新成果与国际最先进的SNP芯片技术相结合，构建的服务于育种的基因组技术工具。目前，种业芯片检测平台，可以提供依托于Affymetrix基因芯片平台的固相芯片检测服务（如Maize-6H60K、Maize-6H90K、Soybean-180K等）、以及依托于华大智造MGISEQ-2000检测平台的液相芯片检测服务。
靶向测序服务：靶向测序技术主要分为基于多重PCR的靶向基因捕获技术（GenoPlexs）和基于液相探针杂交的靶向基因捕获技术（GenoBaits）两种。可完成单样品50-5000和3000-40000标记的基因型分析，并达到可设计区域覆盖度高于95%，扩增子均一性高于90%的捕获效率。
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