德国研究人员使用体内生物传感器研究植物代谢过程

明斯特大学的研究人员在波恩大学的参与下正在研究调节植物能量代谢的关键机制，并使用一种新的体内生物传感器技术，为实时监测哪些影响打开了大门。环境的变化对中央的氧化还原代谢有影响。该研究已发表在“ 植物细胞 ”杂志上。

地球上几乎所有生命，特别是我们的食物和健康，都取决于植物中的新陈代谢。为了了解这些代谢过程如何发挥作用，明斯特大学植物生物学与生物技术研究所的研究人员在波恩大学的参与下正在研究调节能量代谢的关键机制。现在，首次采用一种新的体内生物传感器技术方法，使他们能够实时监控环境变化(例如光，温度，干旱，洪水或害虫侵扰)对模型的中心代谢有何影响植物拟南芥(拟南芥)。

背景和方法

研究人员团队在植物内部表达了一种基因编码传感器，以使中央代谢过程真正可见。该研究的主要作者Janina Steinbeck博士说：“由于植物从外部看起来非常静态，因此它们必须是细胞内灵活性和适应性的超快大师。” “我们现在能够观察到生活在植物体内的那些动态。” 为了测量植物中的代谢过程并产生其图像，研究人员使用了体内生物传感，这是一种实时研究活生物体，组织或细胞的方法。该生物传感器由生物识别元件，与待检测分子特异性结合的蛋白质和读出元件，将与识别元件的结合转化为光信号的蛋白质组成。神经细胞。研究人员对该传感器进行了改进和开发，使其可以在植物中使用。

传感器可以直接结合，然后释放分子NAD +和NADH。所谓的NAD氧化还原系统对于几乎所有生物的新陈代谢过程中的电子转移至关重要。传感器由一种蓝绿色荧光蛋白和一种红色荧光蛋白组成，它们都根据细胞中NAD的状态而改变其亮度。活细胞中的传感器读数是通过现代共聚焦激光扫描显微镜进行的。在植物中使用NAD体内感测的可能性为植物研究人员开辟了新的选择。“对于我们来说，这种新方法是方法学方面的一项成就，因为现在我们可以准确了解植物中代谢过程的确切位置，”大学植物能量生物学工作组负责人MarkusSchwarzl?nder教授解释说。明斯特

到目前为止，研究人员只能通过从植物中提取提取物并用生化方法进行分析来研究这种代谢过程。然而，在这种方法中，细胞和组织被破坏，并且不再可能追踪代谢变化发生的确切位置。现在，研究人员可以跟踪氧化还原代谢的动态变化，除其他功能外，它还可以从特定的细胞室(此处为细胞质中)，单个细胞直至完整的活植物中的完整器官，为细胞提供能量。。

“完整的细胞本身因此成为可视化生命过程的测试对象。因此，我们可以观察活细胞的生理学，从而从最真实的意义上进行生命科学，”负责人Andreas Meyer博士解释说。波恩大学作物科学与资源保护研究所化学信号工作小组的成员。

这种方法可以创建整个植物的第一个NAD氧化还原图，并观察从亮到暗过渡的氧化还原动态，以及糖状态，细胞呼吸和氧气供应的变化。MarkusSchwarzl?nder说：“因此，很明显，新陈代谢与环境之间是如何直接联系在一起的。” “特别令人兴奋的是与免疫反应的新联系，我们以前几乎不知道这一点，现在需要更深入地研究。”

与“植物细胞 ”(The Plant Cell)的出版几乎在同一时间，香港研究人员的一项研究发表在“ 自然通讯 ”(Nature Communications)上。在这项研究中，一种不同的NAD传感器在植物内部表达，并用于研究光合作用。两项研究的结果相互支持。“通过新方法获得的信息在未来种植植物方面将发挥关键作用，这将使我们的粮食生产更具可持续性，并有助于减轻气候变化的影响。也有可能及早直接认识到农作物的压力，” Schwarzl?nder说。