植物微流芯片——一种实时定量监测生长发育的 高通量整合分析平台

生长发育是一个复杂的动态过程, 了解其发生细节是生命科学研究的重要内容。最新发展起来的微流芯片技术为实现这个目标提供了新的途径。动物及微生物中的应用表明, 该技术兼有实时定量监测和高通量整合处理的优势。在植物研究领域, 用针对根生长特点和要求设计的根微流芯片结合荧光共振能量转移探针已经成功地检测出拟南芥(Arabidopsis thaliana)根细胞内葡萄糖和游离的Ca²⁺、Zn²⁺的浓度。随着各种底物特异的荧光共振能量转移探针的开发和应用, 根微流芯片还可以用来检测植物细胞内激素或其它代谢中间产物的浓度及其动态变化过程。不仅如此, 以微流芯片为基础发展起来的Plant Chip和Tip Chip则为研究植物与微生物的相互作用以及植物花粉管极性生长和细胞分裂分化提供了理想的平台。作为了解遗传因素或环境刺激导致细胞生命活动变化细节的有力工具, 微流芯片技术有望为植物研究领域带来更多新的进展和突破。     

微流控芯片在植物细胞研究中的应用进展

植物细胞的传统分析方法是将植物细胞在土壤或者琼脂平板上生长,然后在温室或植物生长室内观察植物的表型。这种方法耗时耗力,且结果分辨率比较低。微流控芯片具有微型化、体积小和高通量等特点,且可在微米水平精确控制植物细胞生长的微环境。因此,能够降低实验成本,缩短实验时间,并且可以达到单细胞水平的分析和鉴定。首先介绍了微流控芯片的加工材料和制备方法,总结了用于植物细胞研究的微流控芯片,重点阐述了近年来微流控芯片在植物根、花粉管、原生质体和细胞壁动力学等植物细胞研究中的应用进展,并展望了微流控芯片在植物细胞研究的应用前景。     

apoaequorin-egfp融合基因对烟草的遗传转化及其分子检测

用钙离子报告基因非侵入式监测细胞内源钙离子实时变化是目前比较常用的钙离子监测方法。而基于传统荧光共振能量转移原理(FRET)的荧光探针具有较高的量子产率,则是目前应用于细胞或亚细胞水平钙离子检测的重要备选实验方案之一。然而,供体荧光基团的激发过程却经常给最终成像过程带来强的背景和荧光信号光漂白等干扰。水母发光蛋白(Aequorin)能够在底物存在的情况下和3个Ca~(2+)结合,通过氧化还原反应产生一个波长为469 nm的蓝光光量子,借助这一反应中蓝光光量子的产率与细胞中游离Ca~(2+)浓度间存在精确定量关系,研究者可以准确测量细胞内的钙离子浓度动态变化情况。但是由于蓝光的波长短,存在易于被散射而难于被检测等问题,造成了目前直接使用水母发光蛋白检测细胞内Ca~(2+)动态时,实验效率较低。为了解决上述这些问题,我们构建了一种将apoaequorin-egfp基因融合表达的植物双元表达载体,然后通过农杆菌介导的遗传转化法将这个融合基因整合到烟草的基因组中,建立了一个基于生物发光共振能量转移技术(BRET)技术,较为高效的植物细胞内源钙离子动态检测系统。     

监测细胞内氧化还原代谢状态的遗传编码荧光探针

原位、高时空分辨地检测细胞内氧化还原代谢状态是生命科学研究的一个瓶颈问题和迫切需求.然而,依赖细胞裂解、酶学、色谱、质谱等传统生化分析方法难以实时监测细胞内氧化还原代谢变化,更难以应用于高通量药物筛选.基于荧光蛋白的探针成像是近年来生命科学和医学领域迅速发展的一种分析检测技术.由于这些荧光探针实现了在活细胞内实时、动态地监测生物学过程,从而革命性地改变了生命科学研究.相对于化学小分子荧光探针,遗传编码的荧光蛋白探针在精确定位亚细胞结构、消除人为干扰以及活体应用方面,存在显著的优势.近年来,科学家针对细胞内重要的氧化还原代谢物,发明了多种多样的遗传编码荧光探针,实现了在单细胞、亚细胞甚至活体内对氧化还原代谢状态的特异性检测和成像,大大推动了相关研究领域的发展.本文将以细胞内两对关键的氧化还原代谢分子NADH/NAD~+和NADPH/NADP~+为例,重点介绍相关荧光探针的设计、性质、应用以及使用注意事项,以方便研究者更好地了解和使用相关技术.     

微流控芯片在细胞分析中的应用

细胞是生物体和生命活动的基本单位,细胞分析对于细胞结构和功能的研究、生命活动规律和本质的探索、疾病的诊断与治疗、药物的筛选与设计等都具有十分重要的意义.自微流控芯片面世以来,以其微型化、集成化、自动化和便携化等优势越来越多地应用在细胞分析领域.现就微流控芯片在细胞操纵、细胞培养和细胞内组分分析三个方面上的应用进行综述.     

连接酶介导的诱导荧光共振能量转移法检测基因点突变

发展了一种基于连接酶介导的诱导荧光共振能量转移技术用于基因点突变的准确快速检测方法.针对特定突变位点设计的核酸探针.当与模板之间完全匹配时,被连接形成一条长的双链,双链特异性嵌入荧光染料SYBR Green I插入新生的双链区域.诱导荧光共振能量转移发生.相反,核酸探针与模板之间不匹配,则不能诱导荧光共振能量转移的出现.利用该方法,成功实现了β地中海贫血遗传病两种普遍存在的点突变Ivs-2-654(C→T)和CD17(A→T)的基因型检测.     

基于荧光蛋白的荧光共振能量转移探针的构建及应用

荧光共振能量转移(fluorescence resonance energy transfer,FRET)是基于荧光基团供体和荧光基团受体间偶极子–偶极子耦合作用的非辐射方式的能量传递现象。基于荧光蛋白的FRET技术已被广泛用于研究细胞信号通路中蛋白质–蛋白质活体相互作用检测、蛋白质构象变化监测以及生物探针的研制中。基于荧光蛋白的荧光共振能量转移探针使得人们可以在时间和空间层面上研究细胞信号的转导过程。该文简要介绍了四大类基于荧光蛋白的FRET生物探针的设计、研制以及其在生物信号分子检测、活细胞成像以及药物筛选中的应用和进展情况。     

实时PCR技术在植物研究上的应用

实时PCR是在常规PCR基础上运用荧光共振能量转移现象,加入荧光标记探针,巧妙地把核酸扩增、杂交、光谱分析和实时检测技术结合在一起的一项新技术,具有快速、灵敏、特异性强、定量准确等特点,广泛应用于医学、检验检疫、军事、农业、基础研究等领域。着重就实时PCR技术的特性及在植物上的应用进行了讨论,并与目前常用的相关技术进行了比较。     

新型分子传感器可鉴别与锌相关疾病

最近,伦敦帝国大学和埃因霍温科技大学的研究人员利用绿色荧光蛋白（green fluorescent proteins,GF-Ps）开发出一种新的分子传感器——荧光共振能量转移（fluorescence resonance energy transfer based sensor,FRET）传感器,首次能精确测出细胞内的锌元素总浓度和所在位置,从而可以更好地了解某些疾病,如2型糖尿病等。     

橙色荧光蛋白的研究进展及其应用

荧光蛋白(Fluorescent protein,FPs)可作为探针用以探究细胞内分子间相互作用,追踪特定代谢物的代谢途径,对活细胞内的各种代谢过程和细胞通路进行详细、准确的描述。目前已有的FPs几乎已经覆盖了从紫外光到远红外光的所有光谱波段,这些FPs借助高分辨率显微技术应用于生命科学的诸多领域,为生物学的发展作出巨大贡献。橙色FPs通常指光谱区间在540–570nm的FPs,近几年来关于橙色FPs的研究进展较快,并且其作为标记蛋白以及荧光共振能量转移技术(Fluorescence resonance energy transfer,FRET)中的荧光受体在生物学及医学领域得到较多的应用。文中综述了近15年橙色FPs领域的相关研究,重点聚焦橙色FPs的发展和应用,为今后橙色FPs的研究提供依据。     

激光扫描共聚焦显微镜在激光照射诱导细胞凋亡研究中的应用

激光扫描共聚焦显微镜结合荧光探针以及荧光共振能量转移技术,已成为近年来应用在活细胞中研究大分子行为的一种非常有效的研究工具。本文介绍这一技术在激光照射诱导细胞凋亡的研究中的应用。     

FRET技术在受体信号转导研究中的应用

细胞信号传导是细胞生物学方面的重要内容之一,涉及生命过程的各个方面,包括生长、分化发育、增殖、凋亡、迁移等等,对维持细胞功能及机体生存至关重要。目前对细胞信号转导研究的技术手段多种多样,其中荧光共振能量转移技术（FRET）是研究细胞信号转导较为常用的一种技术,可以实现活细胞内蛋白质之间相互作用的实时检测。本文中我们以受体酪氨酸激酶为例,介绍FRET技术在受体介导细胞信号传导中的应用及进展情况。     

细胞结构动力学——实时调控细胞力学的因素分析

机械力普遍存在于活细胞的生命活动中,而细胞内力学活动必须依赖骨架结构传递,这种独特的力学形式被称为细胞结构力学.单位时间内细胞结构力学变化受多因素调控,如外力、渗透压、动力分子、张力敏感性离子通道、胞内力学感受器及骨架组装等,构成了细胞结构动力学研究的重要内容.基于荧光共振能量转移(FRET)原理开发的荧光张力探针能整合到细胞骨架内,将细胞结构力学变化转化为光学信号,可能带来细胞力学研究的革命.随着细胞结构动力学研究内容的不断深入,特别是太空时代细胞力学稳态的打破,细胞结构动力学将在生命及医学研究领域显露出越来越重要的地位.     

Transmembrane H + and Ca 2+ fluxes through extraradical hyphae of arbuscular mycorrhizal fungi in response to drought stress

丛枝菌根真菌(AMF)能够和大多数陆地植物形成共生体系, 对于植物生长发育和适应各种逆境胁迫具有重要作用。很多研究表明干旱胁迫下AMF能够促进宿主植物对水分的吸收从而增强植物抗旱能力, 但目前针对AMF根外菌丝响应水分胁迫的生理变化以及AMF与宿主植物逆境信号交流的研究并不多。该研究利用AMF Rhizophagus irregularis和胡萝卜(Daucus carota var. sativa)毛状根双重无菌培养体系获得纯净根外菌丝, 向培养基添加聚乙二醇(PEG)模拟干旱胁迫, 运用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM-EDS)观察干旱胁迫对AMF根外菌丝形态的影响, 同时采用非损伤微测技术(NMT)观测根外菌丝跨膜H ⁺和Ca ²⁺离子流变化。结果发现, PEG处理1 h后菌丝尖端和侧面发生H ⁺外流和强烈的Ca ²⁺内流, 荧光探针分析也显示菌丝胞内pH值显著上升、Ca ²⁺浓度增加; PEG处理24 h后菌丝形态发生明显变化, 培养基pH值降低, P、Ca、Fe等元素在菌丝际积累。这些试验结果表明, 干旱胁迫下AMF根外菌丝跨膜H ⁺和Ca ²⁺流发生变化, 促进了菌丝与环境之间的物质交换。菌丝酸化生长环境有利于养分吸收, 并促进AMF与宿主植物之间的信号交流以增强植物的耐旱性。     

基于TiO_2和CdTe荧光共振能量转移的PDT体外灭活HL60细胞实验研究

为研究TiO_2和CdTe量子点间荧光共振能量转移效率对PDT体外灭活HL60细胞的影响,本文以发射波长为407.8nm的TiO_2为供体,CdTe为受体,通过TiO_2与CdTe超声混合构建荧光共振能量转移体系,研究了TiO_2和CdTe量子点间荧光共振能量转移;其中体系中TiO_2浓度为200μg/mL时,通过逐渐增加体系中CdTe浓度来观察供体TiO_2荧光强度变化,根据Forster能量共振转移理论计算体系能量转移效率。之后将体系用于PDT体外灭活HL60细胞的实验研究,采用CCK-8法,结合酶联免疫检测仪进行细胞活性检测,得出不同浓度下体系的PDT灭活效率。发现当TiO_2-CdTe体系荧光共振能量转移效率20.21%时,PDT灭活效率为53.75%,而当体系能量转移效率为6.77%时,灭活效率达到了71.54%,实验表明在一定浓度范围内,TiO_2-CdTe混合体系荧光共振能量转移效率低时,PDT灭活效率更高。这可能是由于TiO_2-CdTe之间能量共振转移低时,容易致使TiO_2表面光生电子和空穴复合率降低,提高了二氧化钛的光催化活性,导致灭活效率增高。     

现代生物化学与分子生物学研究技术在植物微生物生态学中的应用

植物微生物生态学是研究植物微生态系统的一门学科,以植物组织细胞内微生物的组成、功能、演替,以及微生物之间和微生物与宿主之间的相互作用关系为研究对象。现代生物化学与分子生物学技术在植物微生物生态学研究领域的作用日益明显。介绍了上述技术及其在植物微生物生态学研究领域的应用进展,并对其在该领域的利用和发展进行了展望。     

植物细胞Ca2+荧光蛋白指示剂研究进展

Ca2+作为第二信使参与了植物生长和发育过程的调控,不同生物和非生物胁迫信号均可诱导胞内Ca2+变化.对Ca2+在信号转导作用中的认识主要来自于细胞内Ca2+浓度测定.水母发光蛋白和基于荧光蛋白的Ca2+荧光指示剂作为检测细胞Ca2+信号的手段是近年发展起来的新方法.本文综述了水母发光蛋白和基于荧光蛋白的Ca2+荧光指示剂的发展、测量原理、优点与不足及其在细胞Ca2+信号转导中的应用研究进展.     

微流控芯片技术在食品领域中的应用

微流控芯片技术是一种全新的微量分析技术。介绍了微流控芯片技术的基本原理、特点及分类,并深入讨论了该技术在食品安全、营养、加工和风味等食品领域中的应用,包括有害化学物质、食品添加剂、转基因食品和食源性致病微生物等的检测,营养物质和功能成分的分析鉴定,食品工艺参数的调控以及食品风味成分的检测,展望了微流控芯片技术在食品领域的广阔应用前景。     

丛枝菌根真菌根外菌丝跨膜H~+和Ca~(2+)流对干旱胁迫的响应

丛枝菌根真菌(AMF)能够和大多数陆地植物形成共生体系,对于植物生长发育和适应各种逆境胁迫具有重要作用。很多研究表明干旱胁迫下AMF能够促进宿主植物对水分的吸收从而增强植物抗旱能力,但目前针对AMF根外菌丝响应水分胁迫的生理变化以及AMF与宿主植物逆境信号交流的研究并不多。该研究利用AMF Rhizophagus irregularis和胡萝卜(Daucus carota var. sativa)毛状根双重无菌培养体系获得纯净根外菌丝,向培养基添加聚乙二醇(PEG)模拟干旱胁迫,运用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM-EDS)观察干旱胁迫对AMF根外菌丝形态的影响,同时采用非损伤微测技术(NMT)观测根外菌丝跨膜H+和Ca~(2+)离子流变化。结果发现,PEG处理1h后菌丝尖端和侧面发生H+外流和强烈的Ca~(2+)内流,荧光探针分析也显示菌丝胞内pH值显著上升、Ca~(2+)浓度增加; PEG处理24 h后菌丝形态发生明显变化,培养基pH值降低, P、Ca、Fe等元素在菌丝际积累。这些试验结果表明,干旱胁迫下AMF根外菌丝跨膜H+和Ca~(2+)流发生变化,促进了菌丝与环境之间的物质交换。菌丝酸化生长环境有利于养分吸收,并促进AMF与宿主植物之间的信号交流以增强植物的耐旱性。     

扩增基础上的已知点突变检测进展

在众多导致人类疾病的基因有义突变、病原体亚型以及耐药基因的有义突变中,单碱基突变占了相当大的比例,其检测方法的探索一直是基因诊断研究中的重要课题。本文着重介绍了几种近年发展起来的新技术：反向限制性位点突变分析（iRSM)、荧光PCR（SYBR Green I结合熔解曲线分析技术、荧光共振能量转移（FRET）结合探针熔解曲线分析技术）、基因芯片、等位基因特异性扩增技术（ASPCR）。