Plant monitoring by apoplastic reactive oxygen species

通过质外体活性氧监测植物

• 批准号: 21K05854
• 负责人: 安保 充
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Meiji University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05854/
• 关键词: アポプラストROS; ストレスモニタリング; 植物根; apoplast; ROS; plant chip; monitoring

本研究は植物根のアポプラストROSの計測により、植物の状態把握を試みるものである。前年度の実験結果から、ニトロキシル蛍光プローブを用いたダイズアポプラストROSの計測が感度・再現性よく行えることを確認できたので、今年度はその他の植物種の芽生えを用いて実験を行った。バッチ式で1時間プローブ溶液(300μM)にインキュベートすることで、チシャでアポプラストROSの確認ができたが、キュウリではプローブの分解が確認された。シロイヌナズナでは再現性よくROSを確認するには至っておらず、現在も検討中である。次に、経時計測が可能なフロー系の実験では、PDMSを用いたplant chipを作製して分析を行った。検出器としてHPLCの蛍光検出器を用いる系では十分な再現性が得られなかったが、蛍光顕微鏡を用いた流路上の定点観測では再現性のあるデータが得られた。具体的には1.8 mmの流路にダイズ根端を設置し、プローブ溶液を0.5 ml/hで送液した。アポプラストROSの確認のため、DPI (NADPHオキシダーゼ阻害剤)の有無で蛍光を比較したところ、コントロールではアポプラストROSの蛍光が増加したのに対し、DPI添加では植物をインキュベートしないブランク溶液と同様に蛍光強度の変化は見られなかった。さらに、3%NaClストレスを負荷したところ、10分程度で蛍光強度がバックグランドレベルまで低下した。一方、1%NaCl ストレスの場合は、蛍光強度が一旦上昇したのちに低下したが、バックグランドレベルまでは低下しなかった。その他、キチンなどのエリシター処理によるストレスではアポプラストROSは緩やかに上昇し続けた。以上のように、ストレスに対するROSの放出パターンを一部類型化できた。

这项研究试图通过测量植物根部质外体活性氧来了解植物的状态。基于去年的实验结果，我们确认使用硝酰基荧光探针进行大豆质外体ROS测量可以具有良好的灵敏度和重现性，因此今年我们使用其他植物物种的芽进行了实验。通过在批次模式下在探针溶液 (300 μM) 中孵育 1 小时，可以在茶叶中确认质外体 ROS，但在黄瓜植物中确认了探针的降解。 ROS 尚未在拟南芥中得到良好的重现性，目前正在研究中。接下来，在允许延时测量的流动系统实验中，创建并分析了使用 PDMS 的植物芯片。虽然使用HPLC荧光检测器作为检测器的系统无法获得足够的再现性，但通过使用荧光显微镜对流路进行定点观察，获得了可再现的数据。具体而言，将大豆根尖放入1.8mm通道中，并以0.5ml/h的速率供给探针溶液。为了确认质外体ROS，我们比较了存在和不存在DPI（NADPH氧化酶抑制剂）时的荧光，发现在对照中，质外体ROS的荧光增加，而在添加DPI的情况下，荧光强度保持不变与未孵育植物的空白溶液一样，没有观察到变化。此外，当施加3% NaCl胁迫时，荧光强度在约10分钟内降低至背景水平。另一方面，在1% NaCl胁迫的情况下，荧光强度先增加后降低，但没有降低到背景水平。此外，质外体ROS在甲壳素等引发剂处理引起的应激下继续缓慢上升。如上所述，我们能够对应激时 ROS 的释放模式进行部分分类。

项目成果

ダイズ幼根における細胞外活性酸素種のモニタリングデバイスの開発

大豆胚根细胞外活性氧监测装置的研制

• 发表时间: 2022
• 作者: Fukumi Junji;Matsuura Fuminori;Fukuda Koji;Yoshida Susumu;Iida Kenichi;稲葉雄哉・神保紀之・牧晋太郎・藤井紳一郎・安保充
• 通讯作者: 稲葉雄哉・神保紀之・牧晋太郎・藤井紳一郎・安保充