硝酸盐（NO3−）在植物生长中兼具营养供给与信号分子双重功能，但其体内时空动态监测长期受限于破坏性取样、时空分辨率不足及无法实时整株成像。本文报道了一种基因编码硝酸盐生物传感器 NitNRCL1，基于拆分荧光素酶互补系统构建。该传感器将蓝细菌 NrtA 蛋白作为 NO3− 识别域，插入拆分荧光素酶片段 NLuc 与 CLuc 之间；...
植物通过长高竞争光照，这是避荫综合征的一部分，由邻近叶片反射的远红光（FR）增加触发。根部对地上部感知的 FR 信号作出反应，减少侧根萌发。已知赤霉素（GA）参与补充 FR 诱导的地上部伸长，但 GA 虽可从茎运输到根，其在侧根生长调控中的作用尚不清楚。本研究通过化学和遗传手段操纵 GA，证明 GA 可调节拟南芥中由茎感知 FR 富...
钙离子（Ca2+）等次级信使是将环境刺激转导为适当细胞反应的关键组分。不同非生物与生物胁迫以及发育过程可通过外部和内部钙库的流入，引起胞质游离 Ca2+ 浓度暂时升高；刺激的识别特异性取决于钙信号的振幅、持续时间、振荡和空间定位。目前关于胁迫特异性钙瞬变（钙信号）的大部分知识来自模式植物拟南芥，而作物中的相关报道较少。本研究将遗传编...
气孔是由一对保卫细胞包围的孔隙，在植物与环境之间的气体交换中起核心作用。保卫细胞具有细胞自主性反应和易于测量的生理读出，因此成为研究植物信号转导机制的模型系统。本文提供了一套详细方案，用于在拟南芥（Arabidopsis thaliana）分离表皮剥离中分析保卫细胞特异性的生理反应。方案描述了使用细尖镊子从叶片下表皮分离表皮剥离的步...
卡氏带是由木质素构成的环状结构，封闭根内皮层细胞间的质外体空间，被认为在控制养分和有毒元素径向运输中具有重要功能。本研究利用卡氏带发育缺陷但不伴随过度亚角质沉积的拟南芥 sgn3 和 sgn4 突变体，考察过量硼条件下卡氏带的作用。在平板培养中，突变体与野生型在不同硼浓度下生长差异不显著；但在水培条件下，由于蒸腾作用驱动硼酸向地上部...
SWEET（糖最终会被转运体）家族是植物糖分配的核心。尽管对SWEET家族结构和分子功能已有大量研究，不同SWEET如何识别不同底物仍不清楚。此前基于拟南芥质膜转运体SWEET1构建的SweetTrac1生物传感器，通过构象敏感荧光蛋白与转运体的分子内融合，揭示了该转运体底物的共同特征。本文报道了基于拟南芥液泡膜转运体SWEET2的...
硝酸盐（NO3-）是植物和动物必需的氮源，但不同根细胞类型及细胞器中氮形态的分布仍不清楚。传统体外生化与代谢物分析难以区分细胞类型和区室。本文报道一种核定位、遗传编码的荧光生物传感器 nlsNitraMeter3.0，用于在拟南芥中定量可视化硝酸盐浓度与分布。该传感器基于 Förster 共振能量转移（FRET）原理，由硝酸盐结合蛋...
在茂密植被中，植物通过叶尖感知远红光来检测邻近植株，并远程引发叶柄下侧与上侧不对称生长，使叶片上抬进入更明亮区域。生长素是该响应所必需，但叶尖产生的非差异性生长素如何远程调控运动仍不清楚。本文表明，远红光远程信号促进生长素在下侧叶柄积累；这种积累通过强化叶柄内皮层生长素运输蛋白PIN3的固有方向性实现，并用PIN3-GFP株系可视化...
N-3-oxo-tetradecanoyl-L-homoserine lactone（oxo-C14-HSL）是介导革兰氏阴性菌群体感应的 N-酰基高丝氨酸内酯（AHL）之一。除细菌通讯外，AHL 还参与与真核生物的互作。短链 AHL 易被植物吸收并长距离运输，促进根伸长和生长；植物通常不吸收疏水性长侧链 AHL（如 oxo-C14...
硝酸根（NO3−）的吸收与分布对植物生命至关重要。尽管NO3−吸收的上游调控及多种细胞中的下游响应已被充分研究，但仍无法在细胞水平以高分辨率直接可视化NO3−的时空分布。本文报道了一种核定位、遗传编码的荧光生物传感器NitraMeter3.0（NiMet3.0），用于在拟南芥中定量可视化NO3−分布。该传感器可追踪NO3−沿主根轴的...
拟南芥NRT1/PTR家族（NPF）是硝酸盐转运的关键蛋白。首个硝酸盐转运活性生物传感器NiTrac1将双亲和性硝酸盐转运受体NPF6.3改造为荧光活性传感器。为检验该策略能否推广至NPF家族其他成员，本研究以拟南芥NPF家族成员为对象，筛选遗传编码荧光转运活性传感器。作者将尚未功能鉴定的NPF1.3改造为转运活性生物传感器NiTr...
植物利用电信号和化学信号进行系统性通讯。例如，草食动物取食可触发局部细胞壁谷氨酸积累、系统性电信号和钙波，从而向邻近叶片传递损伤信息并启动防御。为监测植物细胞外和细胞内谷氨酸浓度，作者构建了表达基因编码荧光谷氨酸传感器的拟南芥品系。与定位于细胞质的传感器不同，展示于质膜外表面的传感器变体抑制植物生长和正常发育。高亲和展示型传感器品系...
吲哚-3-乙酸（IAA，又称生长素）是植物最重要的调控小分子之一，其动态重分配在细胞形态、分裂、器官发生以及对光和重力响应中起关键作用。目前尚无法在细胞分辨率下直接测定生长素的时空分布，通常只能借助依赖内源生长素响应机制的不可逆过程间接推断，因而无法捕捉瞬时变化。本文报道了一种遗传编码生物传感器 AuxSen，用于在活体中定量可视化...
电子载体烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）及其磷酸化形式 NADP 通过还原型 NAD(P)H 与氧化型 NAD(P)+ 的相互转化介导细胞代谢中的氧化还原反应。NAD 水平改变会影响植物发育和胁迫响应，但植物体内缺乏实时监测 NAD 池大小及还原/氧化比值的技术。本文简报介绍了 Steinbeck 等将 pH 不敏感的遗传编码荧光生物...
NADH 与 NAD+ 是普遍存在的细胞氧化还原偶联物。尽管 NAD 在植物代谢中的核心作用及其调控功能已在生化水平被广泛研究，但在活体植物组织中分析 NAD 的亚细胞氧化还原动态仍具挑战。本文利用遗传编码荧光生物传感器 Peredox-mCherry 建立了植物体内 NADH/NAD+ 的活体监测方法。作者构建了拟南芥 Pered...
丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）是植物多种生物学过程的关键调控因子。为深入理解这些激酶的作用机制，需要在不同生物学背景下对 MAPK 激活动力学进行高分辨率测量。基于荧光的基因编码生物传感器可在活组织中实时读出激酶激活的时空动态，是研究 MAPK 功能的重要工具。尽管荧光生物传感器已广泛用于动物细胞 MAPK 动力学研究，但植物中目前...
多胺如腐胺、亚精胺和精胺（Spm）是存在于所有生物体中的低分子量多阳离子分子，尽管其参与植物细胞过程，但其分子作用机制知之甚少。本文证明，多胺可触发拟南芥根中调节性膜脂磷脂酰肌醇4,5-二磷酸（PIP2）快速升高，且该升高是多胺影响 K+ 外流所必需的。利用完整拟南芥幼苗的体内 32Pi 标记发现，低生理浓度（µM 级）Spm 可促...
磷脂酸（PA）是植物中调控多种基本生物学过程的信号脂质，但现有 PA 检测方法难以在活体细胞和组织中精确解析其时空动态，导致 PA 作用机制仍不清楚。本研究开发了 PAleon，一种基于 Förster 共振能量转移（FRET）的 PA 特异性光学生物传感器，可报告质膜上具有生物活性的 PA 浓度及其动态变化。PAleon 对生理浓...
关于磁性TiO2基纳米光催化剂环境影响的信息仍然缺乏。本研究以水培拟南芥为模型，评估新型磁性纳米光催化剂N-TiO2/Fe3O4@SiO2（NTFS）对植物的潜在影响。结果表明，NTFS可被拟南芥根系吸收，并向上运输至叶片维管组织和叶肉，证实了从根到叶的跨器官转运。采用傅里叶变换红外光谱分析暴露于NTFS及其两个主要组分N-TiO2...
植物激素赤霉素（GA）是一类小分子可移动信号分子，在种子萌发、细胞伸长和发育转变中发挥关键作用。GPS1 是首个基于 Förster 共振能量转移（FRET）的生物传感器，可在活体植物细胞内监测 GA 水平。通过测量核定位 nlsGPS1 的荧光发射比，可在细胞尺度对内生和外源 GA 梯度进行时空映射。本方案描述了三种示例实验：稳态...