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(xué)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(xué)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(fù)雜性，導(dǎo)致根系功能屬性研究存在諸多挑戰(zhàn)?？上驳氖?，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(xué)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(xué)術(shù)期刊Nature Communications上發(fā)表中國科學(xué)院植物研究所光生物學(xué)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(xué)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?zé)晒鉁y量使用雙通道葉綠素?zé)晒鈨xDual-PAM-100和葉綠素?zé)晒獬上裣到y(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?zé)晒鈨xDual-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(rèn)知。干旱導(dǎo)致PSII超級復(fù)合物的分解和PSII核心的降解。相反，光捕獲復(fù)合物（LHCII）保留在膜中，但不能充當(dāng)活性PSII的天線，因此代表了光損傷的潛在來源。在非光化學(xué)淬滅（NPQ）誘導(dǎo)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(dǎo)致光抑制。在后期，在嚴(yán)重的干旱脅迫下，PSI天線尺寸也減小，PSI-LHCI超復(fù)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(yán)重影響，表明非功能性PSI復(fù)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(xué)和京都產(chǎn)業(yè)大學(xué)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(xì)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?zé)晒夂?/span>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?zé)晒鈨x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(xué)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(xué)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.
·新方法：通過葉綠素?zé)晒獬上窀咄亢Y選海帶光合耐熱性
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(xué)和進化的研究，澳大利亞科學(xué)家開發(fā)了一種高效、可重復(fù)且廣泛適用的海藻熱指標(biāo)。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(xué)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(xué)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(xué)數(shù)據(jù)的玉米數(shù)量性狀基因（QTGs）大規(guī)?？焖倏寺〖夹g(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(xué)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。基因分型采用KASP（Kompetitive Allele Specific PCR）原理，對目標(biāo)SNPs和InDels進行精準(zhǔn)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(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)記開發(fā)與檢測服務(wù)：根據(jù)目標(biāo)DNA/基因序列,可開發(fā)高效的分子標(biāo)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(biāo)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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