网站首页技术中心 > WIWAM高通量植物表型组学成像平台—拟南芥赤霉素研究
产品中心

Product center

WIWAM高通量植物表型组学成像平台—拟南芥赤霉素研究

发布时间:2022-05-25 点击量:93

WIWAM高通量植物表型成像系统由比利时SMO公司与Ghent大学VIB研究所研制生产,整合了LED植物智能培养、自动 化控制系统、叶绿素荧光成像测量分析、植物热成像分析、植物近红外成像分析、植物高光谱分析、植物多光谱分 析、植物CT断层扫描分析、自动条码识别管理、RGB真彩3D成像等多项先进技术,以较优化的方式实现大量植物样 品——从拟南芥、玉米到各种其它植物的生理生态与形态结构成像分析,用于高通量植物表型成像分析测量、植 物胁迫响应成像分析测量、植物生长分析测量、生态毒理学研究、性状识别及植物生理生态分析研究等。

称重、成像、浇水植物表型成像系统

室内植物表型成像系统WIWAM Line

夜间赤霉素生物合成受波动的环境条件影响,并有助于拟南芥叶片的生长调节

最佳植物生长性能要求生长信号(如赤霉素(GA))的作用与光同化物的可用性相协调。在这里,我们研究了赤霉素生物合成和碳可用性之间的联系,以及随后对生长的影响。结果表明,碳的有效性、光和暗信号以及时钟确保了赤霉素生物合成的时间和幅度,并且这些机制的破坏导致赤霉素水平和下游基因表达的降低。赤霉素3β-双加氧酶1(GA3ox1)的碳依赖性夜间诱导在一天的光照可用性降低之前受到严重阻碍,特别是导致生物活GA4水平降低,并与夜间叶片扩张率下降相一致。我们将这种叶片扩张的下降主要归因于光同化物的减少。然而赤霉素限制得到缓解的植物显著改善了扩张,这表明在不同碳可用性下赤霉素在生长控制中的相关性。在短时间内,上游赤霉素生物合成基因的碳依赖性表达未转化为代谢产物变化。我们提出了一个模型,其中GA3ox1夜间生物合成生物活性GA4的程度由作为夜间碳源的淀粉决定,从而提供赤霉素反应的日常调节。 

GA生物合成的几个酶步骤由多基因家族编码。为了确定营养生长期间具有相对高表达的关键家族成员,研究了两个公开的微阵列数据集,它们跟踪成年拟南芥花环中48小时的转录丰度(20-21)。进一步表明调节生长控制的作用是基于昼夜周期的振荡行为,表明对碳供应、光信号或时钟变化的反应。这些数据指出海藻氨酸合酶(KS)、GA20ox1和GA3ox1是主要候选基因(图1)。


图1.节律性GA生物合成基因的基因家族成员在昼夜循环中的 mRNA丰度

尽管赤霉素前体池(GA9、GA19和GA20)在晚上似乎更高,但在时间点之间和光照水平之间未观察到显著差异(图2A)。生物活性赤霉素对受体GID1的亲和力不同,与GA4的强结合亲和力相比,GA3和GA1的亲和力较弱。低亲和力生物活性赤霉素(GA1和GA3)在处理之间没有明显差异。高亲和力赤霉素GA4是丰富的生物活性赤霉素,在夜间浓度最高(图2B)。延长一天的夜间GA3ox1诱导减少,导致第二天早上GA4下降(图2B)。低光照水平导致第二天早上GA4的下降更大,而GA4水平在实际弱光日结束时保持不变(图2B)。这些结果表明,夜间GA3ox1表达在确定响应弱光的生物活性GA水平方面起着重要作用,而KS和GA20ox1的下降并没有在本文研究的时间范围内转化为赤霉素生物合成的减少。赤霉素灭活酶也可在确定生物活性GA的动力学方面发挥作用。但是,未发现灭活气体(GA8、GA29和GA34)的一致变化。

image.png

图2.GA丰度和随时间和弱光条件后的响应

image.png

图3.日膨胀变化情况

pgm中GA响应基因的节律性表达丢失,尽管GID1A中保持节律性。在赤霉素不敏感(gai)和della pentuple(pent)突变体中,赤霉素在一天特定时间叶片扩展中的相关性得到了进一步研究,这两种突变体不能对不同的赤霉素水平作出反应。当GA3ox1的表达决定生物活性GA水平时,gai和pent的扩增率在夜间降低(图3)。另外。早上扩张率升高(图3),这可能代表了一种独立于GA的行为,可能利用了未开发的夜间增长潜力。同样,GA3ox1基因敲除突变体GA3ox1-3也减少了夜间扩张,增加了早晨扩张(图3)。总的来说,这表明对赤霉素水平和GA生物合成的变化作出反应的能力有助于一天中特定时间的扩张。

image.png

图4.恒定和可变条件下的碳和GA依赖性生长

利用自动表型分析平台WIWAM XY精确控制土壤含水量,并随时间对单个植物进行成像,跟踪了恒定昼夜周期下以及面对四个散布的弱光日时Col-0和ga3ox1 kd植物的膨胀率(图4C)。为了获得正常光照下的膨胀率,并确定弱光介导的膨胀减少,对单个植物的生长曲线进行了拟合。在对照条件下,Col-0和ga3ox1 kd之间的膨胀率几乎相同(图4D)。得出结论,赤霉素水平的GA3ox1依赖性波动不能成为正常光照条件下GA3ox1生长的主要驱动因素。暴露于四个弱光日导致两种基因型的最终花环面积显著减少,这意味着几天的弱光日可以产生显著的影响。对弱光白天和随后夜晚膨胀减少的量化表明ga3ox1 kd的膨胀率降低幅度小于Col-0(图4E)。这表明ga3ox1 kd在夜间表达和调节可忽略不计的情况下(图4A-B)的扩增不会像野生型那样受到弱光的强烈影响,在野生型中弱光严重抑制了ga3ox1和GA4水平的表达。

为了调查生长减少发生的确切时间,并进一步探索GA3ox1在这种减少中的作用,每隔6或12小时跟踪生长最快的叶片的叶片扩展率。在弱光处理期间,叶片膨胀率保持不变,而在随后的夜间,膨胀率严重降低(图4F)。通过应用赤霉素或ga3ox1 kd防止弱光后GA4的下降,可在类似程度上缓解膨胀的减少(图4G)。然而,对赤霉素的操纵都不能完全消除生长惩罚(图4G)。

相关阅读

室内植物表型成像系统WIWAM XY

室内植物表型成像系统WIWAM conveyor

室内植物表型成像柜WIWAM Imaging Box

WIWAM植物表型成像定制系统

WIWAM高通量植物表型组学、植物表型成像、种质资源研究系统-玉米研究

WIWAM高通量植物表型组学、植物表型成像、种质资源研究系统-水稻线虫

WIWAM高通量植物表型成像分析平台应用—真菌研究

WIWAM高通量植物表型成像分析平台—植物病害

WIWAM高通量植物表型成像分析平台-植物病害研究2

WIWAM高通量植物表型组学成像分析研究系统-玉米研究2

WIWAM高通量植物表型组学成像分析研究系统-拟南芥研究1

WIWAM高通量植物表型组学成像分析研究系统-拟南芥研究4

WIWAM高通量植物表型组学成像分析研究系统-拟南芥研究5

WIWAM高通量植物表型组学成像分析研究系统-拟南芥研究6

WIWAM高通量植物表型组学成像分析-拟南芥的全基因关联图谱

WIWAM高通量植物表型组学成像研究—拟南芥和玉米转基因品系的功能分析

WIWAM高通量植物表型组学成像研究—作物高光谱功能分析

WIWAM高通量植物表型组学成像分析-轻度干旱条件下生长反应的遗传结构

WIWAM高通量植物表型组学成像研究—轻度干旱胁迫的叶片响应

QQ在线客服
电话咨询
  • 010-82794912