PlantScreen SC應用(yong)案(an)例(li)：發(fa)現(xian)擬南芥(jie)新(xin)型促(cu)衰(shuai)老調節(jie)因(yin)子

壹(yi)氧化(hua)氮（NO）是(shi)參與(yu)生(sheng)物(wu)體信(xin)號(hao)傳(chuan)導的(de)自由基(ji)氣(qi)體(ti)分(fen)子(zi)，因(yin)在高(gao)等植物(wu)中(zhong)廣泛(fan)參與(yu)發育和脅(xie)迫響(xiang)應而被熟知(zhi)。早在(zai)20世紀90年(nian)代，人們就發現(xian)NO是(shi)植物(wu)衰(shuai)老的重(zhong)要調節(jie)因(yin)子。例(li)如在(zai)果實(shi)成(cheng)熟和花(hua)衰(shuai)老過程(cheng)中(zhong)內(nei)源性NO會(hui)降(jiang)低，而外源性NO則能夠(gou)延緩(huan)衰(shuai)老(Leshem et al., 1998)。

傳(chuan)遞(di)NO信號(hao)至(zhi)生(sheng)物(wu)功能的過程(cheng)包(bao)括和目標(biao)蛋白(bai)特定(ding)殘(can)基(ji)的(de)反(fan)應，而目標(biao)蛋白(bai)會經歷(li)NO依(yi)賴的(de)翻譯(yi)後(hou)修飾(shi)（PTMs），如常見的絡(luo)氨(an)酸(suan)（Tyr）硝化(hua)。硝化(hua)通常指向有(you)機化(hua)合物(wu)分(fen)子(zi)中(zhong)引(yin)入硝基(ji)(-NO2)的(de)過程(cheng)。過氧(yang)亞(ya)硝基(ji)（ONOO^-）、二(er)氧(yang)化(hua)氮(dan)（NO2）等NO相關分(fen)子(zi)便(bian)能夠(gou)參與(yu)硝化(hua)反(fan)應——無(wu)論(lun)在生(sheng)物(wu)體生(sheng)理(li)狀(zhuang)態，抑或是(shi)脅(xie)迫狀(zhuang)態下。

近(jin)期(qi)，波蘭(lan)波(bo)茲南密(mi)茨凱(kai)維(wei)奇(qi)大(da)學（Adam Mickiewicz University）的(de)研(yan)究(jiu)人員(yuan)通過開(kai)展(zhan)擬南芥(jie)暗誘導葉片(pian)衰(shuai)老（DILS）模型實驗(yan)，發(fa)現(xian)過氧(yang)亞(ya)硝基(ji)（ONOO^-）在(zai)此(ci)過程(cheng)中(zhong)會發(fa)生(sheng)瞬(shun)態波動，因(yin)此(ci)可作(zuo)為(wei)新(xin)的促(cu)衰(shuai)老調節(jie)因(yin)子。並且ONOO^-能夠(gou)微調氧化(hua)還(hai)原(yuan)環境(jing)，實(shi)現(xian)蛋白(bai)質和核(he)酸(suan)水平(ping)的(de)選擇(ze)性硝化(hua)(Arasimowicz-Jelonek et al., 2022)。

在(zai)此(ci)項(xiang)研究(jiu)中(zhong)，高通量(liang)表(biao)型系(xi)統(tong)PlantScreen SC用(yong)來(lai)量(liang)化(hua)植物(wu)脅(xie)迫的(de)動態——系統能夠(gou)通過RGB形(xing)態、葉片(pian)色(se)素成(cheng)像及葉綠素(su)熒(ying)光成(cheng)像，從早期(qi)至(zhi)晚(wan)期對(dui)植物(wu)的脅(xie)迫癥(zheng)狀(zhuang)進行無(wu)損(sun)評估。

該(gai)系(xi)統具備以(yi)下功能：

研(yan)究(jiu)人員(yuan)將(jiang)生(sheng)長(chang)26天(tian)的(de)野(ye)生(sheng)型(xing)擬南芥(jie)的(de)第7片(pian)蓮座葉用(yong)鋁(lv)箔輕輕遮(zhe)住，開(kai)始(shi)進行暗誘導葉片(pian)衰(shuai)老（DILS），其(qi)余(yu)葉片(pian)則處於正常的(de)光暗循(xun)環下。每(mei)天(tian)將(jiang)對照組（無(wu)暗誘導植株(zhu)）和處理(li)組樣(yang)品放入PlantScreen SC系(xi)統(tong)進行表(biao)型數(shu)據(ju)的測定(ding)，持續9天(tian)。

結果(guo)表(biao)明：暗誘導的(de)衰(shuai)老過程(cheng)既(ji)表(biao)現在(zai)葉片(pian)綠度的變化，也(ye)表(biao)現在(zai)光合表(biao)現的(de)變(bian)化(hua)（兩者(zhe)分(fen)別PlantScreen SC系(xi)統(tong)的(de)RGB顏(yan)色(se)分(fen)析和PAM葉綠素(su)熒(ying)光成(cheng)像功(gong)能進行檢(jian)測評估）。在(zai)DILS過程(cheng)中(zhong)，暗誘導葉片(pian)中(zhong)的NO含(han)量(liang)逐(zhu)漸(jian)降(jiang)低(di)；ONOO^-則在(zai)第3天(tian)時劇(ju)增，隨(sui)後(hou)急速(su)下降，表(biao)現出瞬(shun)態波動。暗誘導葉片(pian)在(zai)DILS第3天(tian)光合效率顯著(zhu)下降，第4天(tian)（ONOO^-劇(ju)增後(hou)）出現(xian)萎(wei)黃(huang)病(bing)癥(zheng)。並且，處理(li)組擬南芥(jie)生(sheng)長(chang)速率（基(ji)於排除(chu)暗誘導葉片(pian)後(hou)的植株(zhu)蓮座面積(ji)）從第4天(tian)後(hou)顯著(zhu)降低(di)，因(yin)暗處理(li)脅(xie)迫使植株(zhu)縮小(xiao)30%。綜(zong)上(shang)，以(yi)上(shang)變化表(biao)明了時間(jian)依(yi)賴性(xing)的(de)ONOO^-生(sheng)物(wu)有(you)效性的促(cu)衰(shuai)老歸宿(xiu)。

    高(gao)通量(liang)表(biao)型系(xi)統(tong)PlantScreen SC將(jiang)植物(wu)傳(chuan)送(song)系統和成(cheng)像分(fen)析系統(tong)安(an)裝(zhuang)於壹(yi)體式緊湊(cou)機(ji)箱內(nei)。使用(yong)者(zhe)只(zhi)需把(ba)植物(wu)樣品放在載樣區(qu)，系(xi)統便會(hui)將(jiang)其(qi)自(zi)動傳(chuan)送(song)至(zhi)成(cheng)像單(dan)元(yuan)進行成(cheng)像采集，之後(hou)自動傳(chuan)出；並且系統分(fen)析軟件(jian)會自(zi)動給(gei)出測(ce)量(liang)分(fen)析結果(guo)。平(ping)臺有(you)腳輪可以(yi)移動，方便(bian)大(da)型溫室(shi)內(nei)不(bu)同(tong)區域(yu)間(jian)移動使用(yong)，極(ji)大(da)地提(ti)高了(le)載樣方便(bian)性(xing)和使用(yong)效率。因(yin)此(ci)高(gao)通量(liang)表(biao)型系(xi)統(tong)PlantScreen SC是(shi)實驗(yan)室和溫室(shi)植物(wu)表(biao)型分(fen)析的理(li)想(xiang)平(ping)臺。

參(can)考(kao)文獻(xian)

1. Leshem, Y. Y., Wills, R. B. H., & Ku, V. V.-V. (1998). Evidence for the function of the free radical gas—Nitric oxide (NO•)—As an endogenous maturation and senescence regulating factor in higher plants. Plant Physiology and Biochemistry, 36(11), 825–833.

2. Corpas, F. J., & Palma, J. M. (2020). Assessing Nitric Oxide (NO) in Higher Plants: An Outline. Nitrogen, 1(1), Article 1.

3. Arasimowicz-Jelonek, M., Jagodzik, P., Płóciennik, A., Sobieszczuk-Nowicka, E., Mattoo, A., Polcyn, W., & Floryszak-Wieczorek, J. (2022). Dynamics of nitration during dark-induced leaf senescence in Arabidopsis reveals proteins modified by tryptophan nitration. Journal of Experimental Botany, erac341.

北(bei)京(jing)易(yi)科(ke)泰生(sheng)態技(ji)術(shu)公(gong)司提(ti)供(gong)植物(wu)表(biao)型全(quan)面技(ji)術(shu)方案(an)：

l FluorCam葉綠素(su)熒(ying)光/多光譜熒(ying)光技(ji)術(shu)

l SpectraPen/PolyPen、Specim高(gao)光譜測量(liang)技(ji)術(shu)

l PlantScreen植物(wu)高通量(liang)表(biao)型成(cheng)像分(fen)析平臺

l EcoDrone無(wu)人機遙(yao)感技(ji)術(shu)方案(an)

l PhenoTron®-HSI種(zhong)質資源高光譜成(cheng)像分(fen)析系統(tong)

l Thermo-RGB紅外熱成(cheng)像技(ji)術(shu)