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)包括根系功能生態(tài)學研究、光合作用和有氧呼吸抑制的新機制、光系統(tǒng)I的干旱響應(yīng)研究、光保護機制、光合儀實時監(jiān)測葉片含水量、高通篩選海帶光合耐熱性的新方法、QTG-Miner系統(tǒng)解析玉米雄穗分枝數(shù)遺傳基礎(chǔ)等。
·Functional Ecology：基于功能屬性研究根系功能生態(tài)學的挑戰(zhàn)與機遇
自從Wright等（Wright et al., 2004）報道全球葉經(jīng)濟譜以來，植物功能屬性研究得到快速發(fā)展，先是快速積累了大量的地上功能屬性數(shù)據(jù)，鑒于根系功能屬性的重要性，研究者們逐漸將目光轉(zhuǎn)向地下，但土壤的不透明性，以及根系的復雜性，導致根系功能屬性研究存在諸多挑戰(zhàn)。可喜的是，F(xiàn)reschet等（Freschet et al., 2021a, b）的兩篇長綜述，系統(tǒng)地闡述了根系功能屬性研究現(xiàn)狀、研究方法和根系功能屬性與根系功能之間的關(guān)系。最近，F(xiàn)ort（Fort, 2023）在Functional Ecology發(fā)表的綜述“Grounding trait-based root functional ecology”，進一步系統(tǒng)報道了基于功能屬性研究根系功能生態(tài)學的挑戰(zhàn)與機遇。根系分析系統(tǒng)WinRHIZO Pro是一款能夠獲取構(gòu)型類根系功能屬性的優(yōu)質(zhì)工具，雖然同樣很難獲取構(gòu)型類根系功能屬性，但至少有獲取構(gòu)型類根系功能屬性的可能性。
解剖、構(gòu)型和形態(tài)功能屬性與組織水平及其功能間的假定相關(guān)關(guān)系
原文：Fort F (2023). Grounding trait-based root functional ecology[J]. Functional Ecology, 37, 2159-2169.
·Nature Communications：厭氧呼吸產(chǎn)生的弱酸會抑制光合作用和有氧呼吸
近期，國際知名學術(shù)期刊Nature Communications上發(fā)表中國科學院植物研究所光生物學重點實驗室田利金研究員課題組的最新研究成果“Weak acids produced during anaerobic respiration suppress both photosynthesis and aerobic respiration”，揭示了無氧發(fā)酵代謝物抑制光合作用和有氧呼吸的新機制。該研究闡釋了光合生物中無氧發(fā)酵影響光合作用和呼吸作用的新機制，對于探索光合作用、有氧呼吸和無氧呼吸之間的化學偶聯(lián)，理解光合生物基本生理過程及優(yōu)化植物生長和固碳能力具有重要意義。
萊茵衣藻無氧發(fā)酵代謝途徑以及“離子陷阱”工作模型
在本研究中，在厭氧/有氧條件下微藻和擬南芥的葉綠素熒光測量使用雙通道葉綠素熒光儀Dual-PAM-100和葉綠素熒光成像系統(tǒng)IMAGING-PAM完成。使用光纖式氧氣測量儀FireSting-O2來監(jiān)測和記錄了溶液中的氧濃度的變化。用來反映類囊體腔酸化產(chǎn)生跨膜質(zhì)子梯度和質(zhì)子通過ATP合酶釋放的電致變色(ECS)則是使用雙通道葉綠素熒光儀Dual-PAM-100的P515/535模塊來完成。
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). https://doi.org/10.1038/s41467-023-39898-0.
·New Phytologist：干旱脅迫對擬南芥的兩個光系統(tǒng)都有影響
迄今為止，大多數(shù)干旱脅迫研究都集中在PSII及其天線上，而對完整光合機構(gòu)特別是光系統(tǒng)I（PSI）的干旱響應(yīng)關(guān)注較少。近期，發(fā)表在New Phytologist上的最新成果“Drought affects both photosystems in Arabidopsis thaliana”為植物相應(yīng)干旱脅迫提供了新的見解。在本研究中，Chen Hu等人跟蹤了擬南芥在14天干旱處理期間光合機構(gòu)的變化，結(jié)合生化和功能測量，進一步的拓展了人們對干旱影響光合膜的認知。干旱導致PSII超級復合物的分解和PSII核心的降解。相反，光捕獲復合物（LHCII）保留在膜中，但不能充當活性PSII的天線，因此代表了光損傷的潛在來源。在非光化學淬滅（NPQ）誘導期間也可以觀察到這種效應(yīng)，即使是短脈沖的飽和光也會導致光抑制。在后期，在嚴重的干旱脅迫下，PSI天線尺寸也減小，PSI-LHCI超復合物被降解。令人驚訝的是，雖然沒有觀察到PSI核心蛋白含量的變化，但PSI的功能受到嚴重影響，表明非功能性PSI復合物在干旱脅迫時大量積累。由此得出結(jié)論，干旱影響兩個光系統(tǒng)，盡管處于不同的階段，并且PSII（ΦPSII）對干旱非常敏感，因此可以作為早期發(fā)現(xiàn)干旱脅迫的參數(shù)。
干旱影響擬南芥光系統(tǒng)的模型示意圖
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型硫氧還蛋白在波動光下維持光系統(tǒng)I受體側(cè)的氧化還原穩(wěn)定
植物通過各種光保護機制應(yīng)對光強度的突然增加。硫氧還蛋白(Trx)系統(tǒng)的氧化還原調(diào)節(jié)也有助于這一過程。在以往的研究中，人們已經(jīng)廣泛分析了f型和m型Trx在應(yīng)對這種波動光照條件時的功能，但對x型和y型Trx的功能卻知之甚少。2023年8月22日，Plant Physiology在線發(fā)表了日本岡山大學和京都產(chǎn)業(yè)大學聯(lián)合署名的題為x- and y-type thioredoxins maintain redox homeostasis on photosystem I acceptor side under fluctuating light的文章。科研人員以擬南芥(Arabidopsis thaliana)為研究對象，分析了trx x單突，trx y1 trx y2雙突和trx × trx y1 trx y2三重突變體的差異。對光合作用的詳細分析揭示了在低光下trx x和trx × trx y1 trx y2中光系統(tǒng)I(PSI)參數(shù)的變化。
本研究中，葉綠素熒光和P700差示吸收，波動光(fluctuating light: 5min低光54 μmol m?2 s?1;1min高光1455 μmolm?2 s?1, 三個循環(huán))模擬測量均通過DUAL-PAM-100雙通道調(diào)制葉綠素熒光儀完成。表征NDH活性的測量通過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.
·將GFS-3000與光譜儀結(jié)合可在測光合的同時實時測量葉片水分
光合儀可以測得環(huán)境空氣中的水分，但葉片本身的含水量可能對光合、氣孔、水分利用效率等的影響更為直接。芬蘭科學家開發(fā)并測試了一種新方法，將GFS-3000光合熒光測量系統(tǒng)與光譜傳感器組合，在測量氣體交換的同時，可實時測量葉片的水分含量。研究使用了芬蘭NIRONE S2.0光譜傳感器，波長1550-1950 nm，與德國WALZ的GFS-3000便攜式光合熒光測量系統(tǒng)，將光譜傳感器固定到光合儀葉室底部，進行同步測量。由于GFS-3000的下葉室與上葉室一樣，都可透光，留出了可進行光學測量的位置，使得這種組合測量的想法得以實現(xiàn)（圖1）。
圖1 （a） 使用GFS-3000光合儀分析白樺葉含水量，葉室上方安裝了LED光源模塊，下方安裝了微型光譜傳感器（NIRONE 2.0）；（b） 白樺葉含水量的微型光譜傳感器測量示意圖；圓圈是大致的傳感器測量區(qū)域。
原文：Junttila, S.; H?ltt?, T.; Salmon, Y.; Filella, I.; Pe?uelas, J. A Novel Method to Simultaneously Measure Leaf Gas Exchange and Water Content[J]. Remote Sensing 2022, 14(15), 3693.
隨著全球氣候變化，海洋熱浪的頻率和強度不斷增加，為了加快對海藻耐熱性的生態(tài)學和進化的研究，澳大利亞科學家開發(fā)了一種高效、可重復且廣泛適用的海藻熱指標。根據(jù)陸地T–F0方法，作者在多種海帶中應(yīng)用了這一新方法，并確定了在不同葉狀體形態(tài)或厚度的物種中應(yīng)用的幾個重要方法考慮因素。結(jié)果表明，這種高通量和高效的方法可以被廣泛采用，以支持全球?qū)Ｔ迥蜔嵝缘纳鷳B(tài)學和進化的研究，并代表了預(yù)測海藻對溫度變化反應(yīng)的重要資源。
T–F0測量設(shè)置和熒光曲線示例。（a）Maxi-Imaging-PAM（帶紅色遮光板）與金屬框架安裝在由實驗升降臺支撐的帕爾貼控溫板上。樣品用雙層玻璃壓住，以便與熱電偶接觸并緩沖溫度。（b）陣列上的海藻樣品帶有網(wǎng)格參考，并覆蓋一層塑料薄膜，每個樣品都與熱電偶連接。（c）顯示慢上升熒光和快上升熒光（Tcrit）之間的斷點/拐點的溫度依賴性熒光曲線示例。
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.
·中國研究團隊利用QTG-Miner系統(tǒng)解析玉米雄穗分枝數(shù)遺傳基礎(chǔ)
2023年8月26日，華中農(nóng)業(yè)大學李林教授（通訊作者）等研究團隊在Nature Communications在線發(fā)表了題為“QTG-Miner aids rapid dissection of the genetic base of tassel branch number in maize”的研究論文，開發(fā)了一種基于多組學數(shù)據(jù)的玉米數(shù)量性狀基因（QTGs）大規(guī)模快速克隆技術(shù)QTG-Miner，定位克隆并驗證了7個雄穗分枝數(shù)QTL基因，構(gòu)建了一個全面的TBN分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并揭示了現(xiàn)代玉米遺傳改良過程中雄穗分枝數(shù)性狀調(diào)控基因的馴化選擇和相關(guān)的生物學途徑。QTG-Miner是系統(tǒng)解析作物重要農(nóng)藝性狀遺傳和分子機制的高效方法。
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).
北大荒墾豐種業(yè)-澤泉科技生物技術(shù)與表型服務(wù)中心是由北大荒墾豐種業(yè)股份有限公司和上海澤泉科技股份有限公司共同建設(shè)的開放式高通量植物基因型-表型-育種服務(wù)平臺。中心建立了基因克隆和載體平臺、作物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、基因型分析平臺、表型鑒定分析平臺、數(shù)據(jù)分析和利用平臺等現(xiàn)代化生物技術(shù)和信息支持平臺，是定位于為植物科研和作物育種提供植物基因型-表型-育種數(shù)據(jù)分析的科研服務(wù)平臺。
高通量基因分型檢測平臺：高通量基因分型檢測平臺包括高通量Oktopure DNA提取儀、Nexar?模塊化內(nèi)聯(lián)液處理與分析系統(tǒng)、Soellex?高通量PCR水浴熱循環(huán)系統(tǒng)和Araya?內(nèi)聯(lián)熒光檢測系統(tǒng)。Oktopure DNA提取儀采用磁珠的方法提取DNA，通量達到800個樣本/3小時。同時，適用于多種樣本類型的DNA提取，包括植物葉片、種子，毛發(fā)、血方卡、精液、口拭子、唾液、組織等。提取的DNA適用于多種下游應(yīng)用，如基因分型、一代測序、二代測序等。Nexar高通量吸取樣品DNA和引物、mix至384孔卷帶并封膜。Soellex對封膜完成的卷帶進行PCR水浴熱循環(huán)，每次最多可達230,000個樣本。Araya對水浴完成的卷帶掃描分析，28秒掃描一張卷帶?；蚍中筒捎肒ASP（Kompetitive Allele Specific PCR）原理，對目標SNPs和InDels進行精準的雙等位基因分型。反應(yīng)體系僅1.6μl，具有高通量、低成本，準確率和檢出率接近100%的明顯優(yōu)勢。
DNA提取服務(wù)：針對玉米、大豆及水稻等作物的不同組織/器官（葉片、種子等），利用標準的SDS/CTAB法和磁珠法開展DNA提取工作，可實現(xiàn)單日普通質(zhì)量10,000份和高質(zhì)量5,000份的DNA提取。
分子標記開發(fā)與檢測服務(wù)：根據(jù)目標DNA/基因序列,可開發(fā)高效的分子標記（SNP-KASP、SSR等），并可實現(xiàn)單日最高一萬SSR數(shù)據(jù)點，以及數(shù)以十萬計的SNP數(shù)據(jù)點檢測。
芯片檢測服務(wù)：基因組育種芯片是將大規(guī)模的基因組測序、功能基因組研究的最新成果與國際最先進的SNP芯片技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建的服務(wù)于育種的基因組技術(shù)工具。目前，種業(yè)芯片檢測平臺，可以提供依托于Affymetrix基因芯片平臺的固相芯片檢測服務(wù)（如Maize-6H60K、Maize-6H90K、Soybean-180K等）、以及依托于華大智造MGISEQ-2000檢測平臺的液相芯片檢測服務(wù)。
靶向測序服務(wù)：靶向測序技術(shù)主要分為基于多重PCR的靶向基因捕獲技術(shù)（GenoPlexs）和基于液相探針雜交的靶向基因捕獲技術(shù)（GenoBaits）兩種。可完成單樣品50-5000和3000-40000標記的基因型分析，并達到可設(shè)計區(qū)域覆蓋度高于95%，擴增子均一性高于90%的捕獲效率。
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