9-21 在活体植物组织中实时追踪糖的代谢研究（附图）

日期：2006-09-21　　访问次数：3515

假彩色图像可以显示源自拟南芥表皮的单个细胞。已经标记了荧光的细胞被设计用来追踪葡萄糖的分布。来自Carnegie植物分子生物学系的科学家首次在完好无损的活体植物组织中实时观察糖的利用。在全新的成像技术的协助下，该研究小组已经观察到植物根部维持极低浓度的糖，比先前估计的要低100,000倍。这项新技术将可以开辟在植物中研究糖代谢方面的研究，从而为在提高食品和生物燃料产量方面的工程改造提供更好的保障。

在来自Carnegie研究机构成员Wolf Frommer领导下，研究人员通过遗传改造来设计一种能编码荧光标签来监测在模式植物拟南芥根叶中的葡萄糖浓度。这项技术史无前例地可以避免时间和空间的局限，而直接追踪活体原状的植物组织中葡萄糖。该研究发表在九月份国际顶尖杂志《植物细胞》上。 该研究小组同时也发明了一种针对蔗糖的荧光共振能量转移传感器。这个研究工作将发表在九月份这期《生物化学》杂志上。

Frommer认为：“迄今为止，我们已经掌握一些线索，是关于在多细胞植物中单个细胞中糖的数量。我们通常将植物的根和叶碾成粉末，然后平均所有细胞的成份，但是如果在单个细胞糖水平升高和降低，我们将从平均水平上是看不出来的。还有单个细胞在亚细胞水平上糖分布存在差异，所以在特定时间段几乎不可能知道在亚细胞结构上的糖水平”。

Frommer同时还强调：“时间分辨率是另一个瓶颈，我们间隔时间段采集组织样品，但如果糖含量在波动，我们可能就错过最佳的时间点。我们最近发明的技术可以避免在单细胞水平实时监测糖流量时面临的所有瓶颈，以及可以解决有关亚细胞水平分辨率的问题”。

Frommer和他的同事已经使用拟似于荧光共振能量转移(FRET)传感器样的成像标签，来追踪动物细胞中糖和神经递质。最近，FRET传感器的课题组使用该技术研究谷氨酸盐（一种重要的哺乳动物神经递质）。Frommer已经在培养的哺乳动物细胞内追踪葡萄糖，但是到现在为止，在植物组织上证明还是有问题的，主要是来自植物病毒防疫机制以及在一些植物组织中高背景荧光的干扰。

为了克服这些障碍，Frommer课题组对此传感器做了经典的改善，将它们插入到没有防卫基因的拟南芥突变体上，此时的荧光标签可以避免先前的弊端发挥更好的功效。

Frommer解释：“这可能不是理想的，因为只能用在防卫突变体的植株上。最优的应该是这些传感器能在任何野生型植株的遗传背景下发挥功效。现在我们开始找到关于植物处理糖途径的重要障碍，我们将继续改善此传感器以保证其发挥功效”。

Frommer谈到：“这项技术的中心就在于巧妙而简单。通过计算机的模拟设计，我们可能设计FRET标签来活灵活现地追踪活细胞中任何小分子。象这样的成像技术在有关代谢方面的研究有着广泛的应用前景，同时也将帮助我们回答压在植物学家心头一些最紧迫的问题，例如在糖分布过程中单个基因发挥什么样的功能。依次这项技术将有助于我们改造植物从而提高产量”。



摘自：教育部科技发展中心