国外研发新的生物传感器可以深入了解植物的压力行为

该程序应适用于大多数植物生物,也可转移到动物细胞和生物体。在接下来的步骤中,科学家们打算在其他细胞和组织区域使用传感器,并研究磷脂酸与其他信使物质的功能性相互作用。

  据外媒报道,近日,明斯特大学(德国)和南京(中国)的研究人员开发了一种研究植物中重要信使物质磷脂酸的方法。


根部的三个不同区域的显微镜图像(FRET方法)显示盐胁迫下磷脂酸随时间的变化(从左到右)

  磷脂酸在生物体中起着不同的作用:它影响细胞膜的柔韧性和弯曲,调节植物的新陈代谢,并且还作为调节蛋白质定位或活性的信号物质。然而,目前研究人员还未能发现细胞中磷脂酸库的哪个部分具有代谢功能,哪个部分作为信号物质。近日,由德国和中国科学家开发的生物传感器现在改变了这一点:通过将这种传感器结合到植物中,他们能够首次在空间和时间上追踪磷脂酸的活性。

  “我们的方法使我们能够更精确地阐明磷脂酸的动态,特别是在压力下的植物中,”共同作者明斯特大学的JörgKudla教授说。例如,当暴露于干燥或含盐的土壤时,植物会受到压力。使用新方法获得的测量值可以在将来帮助培育对恶劣环境条件更具弹性的植物。该研究发表在“ 自然植物 ”杂志上。

  背景和方法:

  到目前为止,科学家们只能通过生物化学方法测量磷脂酸的发生,从而确定某种组织或生物体内脂质的总量。只是目前尚不清楚这些细胞中的哪些细胞或这些细胞的哪些部分是活性的,以及为什么其浓度会发生变化。

  新开发的生物传感器基于荧光共振能量转移(FRET)原理。该传感器是质膜靶向融合蛋白,磷酸结合结构域位于两种不同的荧光蛋白之间,当被光刺激时,它们发出蓝色和黄色荧光。磷脂酸与该传感器的结合改变了其构象,导致发射光的颜色变化。因此,新传感器被称为“PAleon”,它源自磷脂酸和变色龙的缩写PA,科学家使用现代显微镜方法测量这些信号。

  通过这种方式,研究人员观察了拟南芥植物的根和保卫细胞。他们观察到根部的不同区域并将它们暴露于不同的刺激,例如生长培养基的盐浓度增加,显微镜下的颜色显示磷脂酸的分布和浓度如何以及在何处发生变化。

  在研究中,研究人员观察到,如果植物的盐胁迫增加,根中磷脂酸的浓度也会增加。此外,研究人员还能够确定发生变化的根部位置。“由于传感器仅检测到所谓的生物活性量,我们可以得出结论,我们检测到的磷脂酸浓度和分布的变化是由于其作为信号物质的作用,”研究人员表明,另外,磷脂酸也可以在细胞膜的代谢过程和运动中起作用。

  通过他们的新方法,科学家们已经发现,合成磷脂酸磷脂酶D的某种蛋白质的活性对植物适应盐胁迫很重要。此外,该物质显然与细胞的pH值密切相关。“我们的方法已经为我们提供了对植物耐盐机制的基本新见解,”中国南京大学研究的第一作者张文华教授说。

  该程序应适用于大多数植物生物,也可转移到动物细胞和生物体。在接下来的步骤中,科学家们打算在其他细胞和组织区域使用传感器,并研究磷脂酸与其他信使物质的功能性相互作用。

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