顯微鏡下植物的直接分離組織技術(shù)

對于動物生物種的研究來說，由于有神經(jīng)系統(tǒng)，許多問題相對容易解決，而植物則是通過組織間的信息傳遞來實(shí)現(xiàn)這種交流的，然而由于植物的組織緊密地組合在一起，要區(qū)分不同植物組織之間的功能反應(yīng)，顯然不是一件非常容易的事兒。植物葉片是由不同類型細(xì)胞所組成的復(fù)雜器官，每種細(xì)胞都有各自不同的功能。表皮細(xì)胞排列在葉的表面，下面就是大量葉肉細(xì)胞負(fù)責(zé)光合作用。此外，葉和莖通過維管系統(tǒng)連接起來，運(yùn)送水和一些小分子如糖類。今天發(fā)表在Nature上的一篇文章，就通過采用一些新技術(shù)，對擬南芥葉片組織進(jìn)行全面分離，并進(jìn)行組織特異性分析，來分析植物生物鐘的信息傳遞。該文開發(fā)了一種有效的方法，可在30分鐘內(nèi)分離葉片中三種細(xì)胞的高時空分辨率技術(shù)。在顯微鏡下觀察，分離的組織是高度純化的。通過結(jié)合分離、降解細(xì)胞壁的超聲處理和酶處理，可以大大縮短為測量RNA分離細(xì)胞所需的時間。研究人員還開發(fā)了研究植物中時空基因調(diào)節(jié)的成像技術(shù)。他們將冷光蛋白熒光素酶分成兩半，一半是只在特定的細(xì)胞類型中產(chǎn)生，而另一半只有當(dāng)驅(qū)動CCA1或TOC1基因表達(dá)的啟動子激活時產(chǎn)生。因為兩者都必須在一個細(xì)胞中發(fā)光時產(chǎn)生，光的發(fā)射可作為對給定細(xì)胞類型晝夜節(jié)律基因活性的度量。這種方法可以擴(kuò)展到其他細(xì)胞類型和反應(yīng)，如應(yīng)激和發(fā)育信號，通過使用不同的啟動子驅(qū)動熒光素酶的兩半。顯然，這種技術(shù)有助于發(fā)現(xiàn)植物維管生物鐘與鄰近細(xì)胞的通訊和調(diào)節(jié)，可以研究基因表達(dá)和高時空分辨率下的晝夜節(jié)律調(diào)控。結(jié)果表明，維管系統(tǒng)與葉肉生物鐘之間可進(jìn)行不對稱的相互調(diào)節(jié)。維管系統(tǒng)的生物鐘與其他組織不同，具有很強(qiáng)的周期性，不受環(huán)境變化的調(diào)節(jié)，并影響其他組織的生物鐘調(diào)節(jié)。


 

葉由表皮細(xì)胞，葉肉細(xì)胞和構(gòu)成維管系統(tǒng)的細(xì)胞組成。調(diào)節(jié)維管組織和葉肉組織中的生物鐘有所不同。維管組織中，黑夜環(huán)路基因如TOC1比白晝環(huán)路基因如CCA1更活躍（白色箭頭表示環(huán)路），因此維管系統(tǒng)在夜間比上午有更大的整體基因活性（用黃色箭頭表示），而這種情況在葉肉組織正好是相反的。維管系統(tǒng)時鐘與葉肉組織時鐘進(jìn)行通訊和調(diào)節(jié)，但還沒有證據(jù)表明葉肉組織可以調(diào)節(jié)維管系統(tǒng)，這可能是一種分級控制。 多細(xì)胞生物通過它們的生物鐘調(diào)節(jié)，保證細(xì)胞在適當(dāng)?shù)臅r間執(zhí)行正確的過程，周期為24小時。植物中基因活動的時間約30%是由生物鐘調(diào)節(jié)的。一個時鐘核心由20個左右的基因組成，分為兩個連鎖途徑：在白天白晝環(huán)路出現(xiàn)活性，而黃昏后黑夜環(huán)路則開始活動。研究人員發(fā)現(xiàn)，白晝環(huán)路如CCA1在葉肉細(xì)胞比在維管細(xì)胞中更活躍，而黑夜環(huán)路基因如TOC1則相反。此外，當(dāng)測量全基因組基因的活動時，他們發(fā)現(xiàn)了每個組織中基因表達(dá)的差異。葉肉細(xì)胞更活躍的輸出基因（通過生物鐘調(diào)節(jié)）傾向于在上午表達(dá)，而在維管系統(tǒng)中更活躍的輸出基因則傾向于在夜間表達(dá)。這說明，各組織中生物鐘的差異導(dǎo)致了不同的基因表達(dá)。

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