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From FluorCam to PlantScreen——植物表型成像分析图片展(二)

From FluorCam to PlantScreen——植物表型成像分析图片展(二)

   FluorCam和PlantScreen分别是国内外广泛使用的叶绿素荧光成像系统和植物大型表型成像分析平台。

全球顶尖的研究机构充分发挥了它们的功能,取得了顶尖的研究成果。我们将陆续摘选代表性研究论文中的成像图分享给大家。这些成像图“华而又实”——画面优美、结论直观、真实可信,从中可以获得视觉和思维的双重享受。

本次摘选了两篇论文中的图片,一篇为荷兰瓦赫宁根大学发表于《Nature Communications》的番茄基因组学的研究成果,一篇则为西班牙农渔研究和培训中心(IFAPA)葡萄的代谢组学研究成果,两篇论文都使用了FluorCam叶绿素荧光成像系统作为表型组学测量的关键手段。

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持续光照耐受株系(CLT)和对照株系(A131)不同病毒载体构建下RGB成像和FluorCam叶绿素荧光成像

荷兰瓦赫宁根大学园艺和产品生理系(Horticulture and Product Physiology)使用转录组测序、基因沉默实验、基因测序分析等基因组学研究手段发现了番茄持续光照胁迫(持续光照下出现花叶、萎黄和坏死的现象)的耐受性状是由CAB-13基因决定的。而持续光照胁迫对番茄的内在损伤(生理表型)快速无损评估则是借助FluorCam叶绿素荧光成像完成的(Velez-Ramirez, A. I. et al. Nature Communications, 2014)。

胁迫评估采用了生物胁迫和非生物胁迫中广泛使用的叶绿素荧光参数Fv/Fm(PSII最大量子效率),即Fv/Fm值越低,胁迫损伤越严重。上图中从上至下每一行依次代表模拟组、阴性对照组、CAB-12组、阳性对照组。图中可见:经历了3周的持续光照后,所有不同病毒载体构建的对照株系A131的Fv/Fm值均较低,而CLT株系除CAB-12组外Fv/Fm值较高,并且Fv/Fm值较低的组别均表现出典型的脉间萎黄的损伤症状(黑色箭头指示)。表明CAB-12在番茄的持续光照胁迫耐受上起到关键作用。

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病毒感染叶片和未感染叶片的FluorCam叶绿素荧光成像和多光谱荧光成像

西班牙农渔研究和培训中心(IFAPA)结合了代谢组学、传统的气体交换光合测量手段和无损成像技术研究了葡萄卷叶病相关病毒(GLRaV-3)对葡萄初级代谢和次级代谢的影响,发现综合分析叶绿素荧光动力学和蓝绿荧光,便能够在病毒感染早期、出现症状之前有效地区分感染植株和未感染植株。其中病毒对葡萄初级代谢的影响主要采用了FluorCam叶绿素荧光成像技术,对次级代谢的影响则主要采用了紫外激发的多光谱荧光成像技术(Rafael Montero, et al. Physiologia Plantarum, 2016)。

上左图展示了病毒感染葡萄叶片GLRaV-3(+)和未感染叶片GLRaV-3(-)光系统II效率(Fv/Fm、ΦPSII)和NPQ热耗散的成像图(叶片近轴面),上右图则展示了两种叶片的多光谱成像的蓝色荧光(F440)、绿色荧光(F520)和荧光比值(F520/F740)。从图中和统计分析结果可知:NPQ和F440、F520、F520/F740等值受病毒影响较大,可用来识别受GLRaV-3病毒感染、无症状的葡萄。

论文出处:

1. Velez-Ramirez A I, Van Ieperen W, Vreugdenhil D, et al. A single locus confers tolerance to continuous light and allows substantial yield increase in tomato[J]. Nature communications, 2014, 5(1): 1-13.

2. Montero R, Pérez‐Bueno M L, Barón M, et al. Alterations in primary and secondary metabolism in Vitis vinifera ‘Malvasía de Banyalbufar’upon infection with Grapevine leafroll‐associated virus 3[J]. Physiologia plantarum, 2016, 157(4): 442-452.