PlantScreen SC應用案例：發現擬南芥新型促衰老調節因子

一氧化氮（NO）是參與生物體信號傳導的自由基氣體分子，因在高等植物中廣泛參與發育和脅迫響應而被熟知。早在20世紀90年代，人們就發現NO是植物衰老的重要調節因子。例如在果實成熟和花衰老過程中內源性NO會降低，而外源性NO則能夠延緩衰老(Leshem et al., 1998)。

傳遞NO信號至生物功能的過程包括和目標蛋白特定殘基的反應，而目標蛋白會經歷NO依賴的翻譯后修飾（PTMs），如常見的絡氨酸（Tyr）硝化。硝化通常指向有機化合物分子中引入硝基(-NO2)的過程。過氧亞硝基（ONOO^-）、二氧化氮（NO2）等NO相關分子便能夠參與硝化反應——無論在生物體生理狀態，抑或是脅迫狀態下。

近期，波蘭波茲南密茨凱維奇大學（Adam Mickiewicz University）的研究人員通過開展擬南芥暗誘導葉片衰老（DILS）模型實驗，發現過氧亞硝基（ONOO^-）在此過程中會發生瞬態波動，因此可作為新的促衰老調節因子。并且ONOO^-能夠微調氧化還原環境，實現蛋白質和核酸水平的選擇性硝化(Arasimowicz-Jelonek et al., 2022)。

在此項研究中，高通量表型系統PlantScreen SC用來量化植物脅迫的動態——系統能夠通過RGB形態、葉片色素成像及葉綠素熒光成像，從早期至晚期對植物的脅迫癥狀進行無損評估。

該系統具備以下功能：

研究人員將生長26天的野生型擬南芥的第7片蓮座葉用鋁箔輕輕遮住，開始進行暗誘導葉片衰老（DILS），其余葉片則處于正常的光暗循環下。每天將對照組（無暗誘導植株）和處理組樣品放入PlantScreen SC系統進行表型數據的測定，持續9天。

結果表明：暗誘導的衰老過程既表現在葉片綠度的變化，也表現在光合表現的變化（兩者分別PlantScreen SC系統的RGB顏色分析和PAM葉綠素熒光成像功能進行檢測評估）。在DILS過程中，暗誘導葉片中的NO含量逐漸降低；ONOO^-則在第3天時劇增，隨后急速下降，表現出瞬態波動。暗誘導葉片在DILS第3天光合效率顯著下降，第4天（ONOO^-劇增后）出現萎黃病癥。并且，處理組擬南芥生長速率（基于排除暗誘導葉片后的植株蓮座面積）從第4天后顯著降低，因暗處理脅迫使植株縮小30%。綜上，以上變化表明了時間依賴性的ONOO^-生物有效性的促衰老歸宿。

    高通量表型系統PlantScreen SC將植物傳送系統和成像分析系統安裝于一體式緊湊機箱內。使用者只需把植物樣品放在載樣區，系統便會將其自動傳送至成像單元進行成像采集，之后自動傳出；并且系統分析軟件會自動給出測量分析結果。平臺有腳輪可以移動，方便大型溫室內不同區域間移動使用，極大地提高了載樣方便性和使用效率。因此高通量表型系統PlantScreen SC是實驗室和溫室植物表型分析的理想平臺。

參考文獻

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., P?óciennik, 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.

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