葉綠素熒光儀和光合儀高分應用文章集錦（2024年2月）
本文我們將回顧一下2月份德國WALZ調制葉綠素熒光儀和光合儀GFS-3000參與發表的高分文章，其中不乏Molecular Plant, Nature Plants, Plant Cell, Plant Physiology, New Phytologist等等。德國WALZ制造的PAM調制葉綠素熒光儀在光合作用研究領域遙遙領先~遙遙領先~
JAs是一類源于脂質的脅迫激素，在一系列植物生理過程和脅迫反應中發揮著至關重要的作用。2024年2月8日，浙江大學園藝學院喻景權院士團隊在Molecular Plant(IF.27.5)雜志上發表題為The MYC2-PUB22-JAZ4 module plays a crucial role in jasmonate signaling in tomato的研究文章。文章報告了PUB22（一種植物U-box型E3泛素連接酶）在調控番茄對 棉鈴蟲的抗性和其他JA反應中的重要作用。揭示了E3泛素連接酶PUB22通過泛素化降解JAZ4蛋白激活JA信號，同時受到激活的MYC2通過轉錄調控進一步促進PUB22的表達，在JA信號中形成正反饋調節通路的分子機制。
JA信號對于植物對壞死性病原體感染、冷凍和滲透脅迫的響應以及各種發育過程（如花青素積累、初生根發育、毛狀體形成和雄性繁殖力）也是必不可少的。為了進一步研究PUB22-JAZ4模塊在多種JA響應過程中的作用，作者檢測了pub22、jaz4及pub22 jaz4突變體的灰霉病抗性、MeJA處理后的初生根長及花青素含量。結果顯示，PUB22的缺失增加了植物對灰霉病的易感性，減弱了JA誘導的初生根長抑制及花青素積累，而這些JA響應在很大程度上被JAZ4的突變所緩解，表明PUB22-JAZ4廣泛參與多種JA響應過程（下圖A-G）。其中圖B，脅迫對光合生理的影響通過IMAGING-PAM葉綠素熒光成像系統測量。
碳流調節器A(CfrA)可使非氮營養型藍藻中的碳通量適應氮條件。在缺氮條件下，CfrA會導致不能與氮結合的過量碳主要以糖原的形式儲存起來。通過亞砷酸鹽誘導的、不依賴氮的ParsB啟動子過量表達cfrA，可以分析CfrA積累對代謝的影響。
2024年2月20日，Plant Physiology雜志在線發表西班牙塞維利亞大學植物生物質能與光能研究所MaríaIsabel Muro-Pastor實驗室題為Double blocking of carbon metabolism causes a large increase of Calvin-Benson cycle compounds in cyanobacteria的研究論文。在本研究中，研究人員考慮到cfrA過表達的主要后果是糖原積累，研究了合成這種聚合物能力受損的Synechocystis sp.。María Teresa Domínguez-Lobo等人對野生型菌株和不能合成糖原的ADP-葡萄糖焦磷酸化酶突變體（ΔglgC）中的cfrA表達進行了表型比較分析。在野生型背景下，CfrA的積累會導致光合作用的重新調整，但不會影響生長。然而，在ΔglgC 菌株中，生長會隨著CfrA的積累而降低，光合作用也會受到嚴重影響。對細胞中的H、C和N含量進行的元素分析表明，野生型中cfrA的表達會導致C/N比值升高，這是由于氮同化減少所致。代謝組學研究表明，除了之前描述的糖原積累外，這些細胞還儲存了蔗糖和糖基甘油。然而，隨著cfrA的表達，缺乏糖原合成能力的細胞積累了大量卡爾文-本森循環中間產物。這些細胞中某些氨基酸的含量也有所增加，主要是丙氨酸、絲氨酸、纈氨酸、異亮氨酸和亮氨酸。研究結果表明，通過在不同條件和菌株中控制cfrA 的表達可以改變固定碳的分布，從而帶來潛在的生物技術效益。本研究中，Synechocystis sp. PCC 6803葉綠素熒光測量由雙通道葉綠素熒光儀DUAL-PAM-100完成。
CO-EXPRESSED WITH PSI ASSEMBLY1 (CEPA1) is a photosystem I assembly factor in Arabidopsis (Plant Cell, IF=11.6)
光系統I(PSI)是一個580 kDa 的大分子復合體，位于類囊體膜中，介導光合作用的電子傳遞。PSI由 18個蛋白質亞基和近200個輔助因子組成。該復合體在類囊體膜上的組裝需要高度的空間和時間協調，并嚴重依賴于復雜的組裝機制。
2024年2月21日，Plant Cell(IF.11.6)雜志在線發表德國馬普分子植物生理研究所Ralph Bock實驗室標題為CO-EXPRESSED WITH PSI ASSEMBLY1 (CEPA1) is a photosystem I assembly factor in Arabidopsis的研究論文。文章報告并描述了擬南芥中的PSI組裝因子CO-EXPRESSED WITH PSI ASSEMBLY1（CEPA1）。經生物信息學鑒定，CEPA1基因與已知的PSI組裝因子共同表達。CEPA1基因的缺失會導致植物表型蒼白和發育遲緩，但不會完全喪失光自養能力。生物物理和生物化學分析表明，這種表型是由PSI積累的特定缺陷引起的。研究人員還發現，CEPA1在翻譯后水平發揮作用，并與PSI共同定位在非垛疊的類囊體膜上。在活性凝膠電泳中，CEPA1與包括假定的PSI組裝中間體在內的類囊體蛋白復合物共同遷移。最后，蛋白質相互作用分析表明，CEPA1與PSI組裝因子PHOTOSYSTEM I ASSEMBLY3 PSA3相互合作。總之，本研究的數據支持CEPA1在PSI組裝中發揮重要但非必要的作用。本研究中，擬南芥光合活性相關的葉綠素熒光參數通過IMAGING-PAM葉綠素熒光成像系統和雙通道葉綠素熒光儀DUAL-PAM-100測量。
Thylakoid membrane stacking controls electron transport mode during the dark-to-light transition by adjusting the distances between PSI and PSII (Nature Plants, IF=18.0)
光合作用線性電子傳遞(LET)和環形電子傳遞(CET)之間的平衡在植物適應和抵御光誘導損傷方面起著至關重要的作用。這種平衡很大程度上是通過磷酸化驅動的PSII-LHCII組裝和類囊體膜堆疊的改變來維持的。在從暗到光的轉變過程中，植物會將這種平衡從CET轉向LET，CET的作用是防止電子傳遞鏈過度還原，從而避免光誘導損傷，而LET的作用是實現高效的二氧化碳同化和生物量生產。
2024年2月23日以色列魏茨曼科學研究所生物分子科學系Reich, Ziv等人在Nature Plants(IF=18.0)雜志上發表題為Thylakoid membrane stacking controls electron transport mode during the dark-to-light transition by adjusting the distances between PSI and PSII的研究論文。研究人員使用冷凍-斷裂低溫掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡等技術對擬南芥葉片暗-光轉換前后類囊體堆疊方式進行觀察，揭示了在這暗-光轉變過程中形成的獨特膜區，這些膜區同時具有類囊體網絡堆疊區和非堆疊區的特征。研究人員將這些區域稱為 "堆疊的類囊體雙層膜"，其形態特征的一個顯著結果是，驅動LET的兩個光系統（PSI和PSII）的距離變近和連通性全面增強。這反過來又減少了在兩個光系統之間傳輸電子的移動載體的擴散距離和障礙，從而最大限度地提高了LET，優化了植物利用光能的能力。這里描述的從暗到光轉變過程中CET和LET 之間的轉變機制，很可能也用于由狀態轉換介導的色適應過程。本研究中，葉綠素熒光測量由雙通道葉綠素熒光儀DUAL-PAM-100完成。
附錄：德國WALZ公司PAM調制葉綠素熒光儀參與發表的其他高分文章
1. Diao, H., et al. (2024). "Uncoupling of stomatal conductance and photosynthesis at high temperatures: mechanistic insights from online stable isotope techniques."New Phytologist n/a(n/a). [IF=9.4, GFS-3000，3010-GWK1]
2. Du, Y., et al. (2024). "Carbon sequestration reduced by the interference of nanoplastics on copper bioavailability." Journal of hazardous materials 468: 133841. [IF=13.6, DUAL-PAM-100]
3. Grünhofer, P., et al. (2024). "Suberin deficiency and its effect on the transport physiology of young poplar roots." New Phytologist n/a(n/a). [IF=9.4, JUNIOR-PAM]
4. Li, X., et al. (2024). "Integrated ultrastructural, physiological, transcriptomic, and metabolomic analysis uncovers the mechanisms by which nicotinamide alleviates cadmium toxicity in Pistia stratiotes L." Journal of hazardous materials467: 133702.[IF=13.6, MAXI-IMAGING-PAM]
5. Long, S., et al. (2024). "Bioadsorption, bioaccumulation and biodegradation of antibiotics by algae and their association with algal physiological state and antibiotic physicochemical properties." Journal of hazardous materials 468: 133787. [IF=13.6, MAXI-IMAGING-PAM]
6. Wang, G., et al. (2024). "Resting cell formation in the marine diatom Thalassiosira pseudonana." New Phytologist n/a(n/a).[IF=9.4, PHYTO-PAM]
7. Levin, G., et al. (2024). "The protein phosphorylation landscape in photosystem I of the desert algae Chlorella sp." New Phytologist n/a(n/a).[IF=9.4, DUAL-PAM-100]
8. Bai, Y., et al. (2024). "ZmNF-YC1-ZmAPRG pathway modulates low phosphorus tolerance in maize." Journal of Experimental Botany. [IF=6.9, DUAL-PAM-100]
9. Busch, F. A., et al. (2024). "A guide to photosynthetic gas exchange measurements: Fundamental principles, best practice and potential pitfalls." Plant, Cell & Environment n/a(n/a). [IF=7.3, GFS-3000]
10. Ma, C., et al. (2024). "Copper-dependent control of uptake, translocation and accumulation of cadmium in hyperaccumlator Sedum alfredii." Science of The Total Environment 921: 171024. [IF=9.8, DUAL-PAM-100]
11. Qiu, X., et al. (2024). "Compensatory growth of Microcystis aeruginosa after copper stress and the characteristics of algal extracellular organic matter (EOM)." Chemosphere: 141422. [IF=8.8, IMAGING-PAM]
12. Zhou, Y., et al. (2024). "Environmental Concentrations of Herbicide Prometryn Render Stress-Tolerant Corals Susceptible to Ocean Warming." Environmental Science & Technology. [IF=11.4, GFS-3000]
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