From FluorCam to PlantScreen—植物表型成像分析圖片展（二）

 FluorCam和PlantScreen分別是國內外廣泛使用的葉綠素熒光成像系統(tǒng)和植物大型表型成像分析平臺。
 

全球頂尖的研究機構充分發(fā)揮了它們的功能，取得了頂尖的研究成果。我們將陸續(xù)摘選代表性研究論文中的成像圖分享給大家。這些成像圖“華而又實”——畫面優(yōu)美、結論直觀、真實可信，從中可以獲得視覺和思維的雙重享受。
 

本次摘選了兩篇論文中的圖片，一篇為荷蘭瓦赫寧根大學發(fā)表于《Nature Communications》的番茄基因組學的研究成果，一篇則為西班牙農(nóng)漁研究和培訓中心(IFAPA)葡萄的代謝組學研究成果，兩篇論文都使用了FluorCam葉綠素熒光成像系統(tǒng)作為表型組學測量的關鍵手段。

                          持續(xù)光照耐受株系（CLT）和對照株系（A131）不同病毒載體構建下RGB成像和FluorCam葉綠素熒光成像

荷蘭瓦赫寧根大學園藝和產(chǎn)品生理系（Horticulture and Product Physiology）使用轉錄組測序、基因沉默實驗、基因測序分析等基因組學研究手段發(fā)現(xiàn)了番茄持續(xù)光照脅迫（持續(xù)光照下出現(xiàn)花葉、萎黃和壞死的現(xiàn)象）的耐受性狀是由CAB-13基因決定的。而持續(xù)光照脅迫對番茄的內在損傷（生理表型）快速無損評估則是借助FluorCam葉綠素熒光成像完成的（Velez-Ramirez, A. I. et al. Nature Communications, 2014）。
 

脅迫評估采用了生物脅迫和非生物脅迫中廣泛使用的葉綠素熒光參數(shù)Fv/Fm（PSII最大量子效率），即Fv/Fm值越低，脅迫損傷越嚴重。上圖中從上至下每一行依次代表模擬組、陰性對照組、CAB-12組、陽性對照組。圖中可見：經(jīng)歷了3周的持續(xù)光照后，所有不同病毒載體構建的對照株系A131的Fv/Fm值均較低，而CLT株系除CAB-12組外Fv/Fm值較高，并且Fv/Fm值較低的組別均表現(xiàn)出典型的脈間萎黃的損傷癥狀（黑色箭頭指示）。表明CAB-12在番茄的持續(xù)光照脅迫耐受上起到關鍵作用。
 

病毒感染葉片和未感染葉片的FluorCam葉綠素熒光成像和多光譜熒光成像

西班牙農(nóng)漁研究和培訓中心(IFAPA)結合了代謝組學、傳統(tǒng)的氣體交換光合測量手段和無損成像技術研究了葡萄卷葉病相關病毒（GLRaV-3）對葡萄初級代謝和次級代謝的影響，發(fā)現(xiàn)綜合分析葉綠素熒光動力學和藍綠熒光，便能夠在病毒感染早期、出現(xiàn)癥狀之前有效地區(qū)分感染植株和未感染植株。其中病毒對葡萄初級代謝的影響主要采用了FluorCam葉綠素熒光成像技術，對次級代謝的影響則主要采用了紫外激發(fā)的多光譜熒光成像技術（Rafael Montero, et al. Physiologia Plantarum, 2016）。
 

上左圖展示了病毒感染葡萄葉片GLRaV-3（+）和未感染葉片GLRaV-3（-）光系統(tǒng)II效率（Fv/Fm、ΦPSII）和NPQ熱耗散的成像圖（葉片近軸面），上右圖則展示了兩種葉片的多光譜成像的藍色熒光（F440）、綠色熒光（F520）和熒光比值（F520/F740）。從圖中和統(tǒng)計分析結果可知：NPQ和F440、F520、F520/F740等值受病毒影響較大，可用來識別受GLRaV-3病毒感染、無癥狀的葡萄。
 

論文出處：
 

1. Velez-Ramirez A I, Van Ieperen W, Vreugdenhil D, et al. A single locus confers tolerance to continuous light and allows substantial yield increase in tomato[J]. Nature communications, 2014, 5(1): 1-13.

2. Montero R, Pérez‐Bueno M L, Barón M, et al. Alterations in primary and secondary metabolism in Vitis vinifera ‘Malvasía de Banyalbufar’upon infection with Grapevine leafroll‐associated virus 3[J]. Physiologia plantarum, 2016, 157(4): 442-452.