LASER系列活體成像系統(tǒng)助力軟棗獼猴桃花青素調(diào)控機(jī)制解析

國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Molecular Horticulture》發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于軟棗獼猴桃（Actinidia arguta）花青素調(diào)控機(jī)制的重要研究。作為一種外觀誘人、果皮可食且營(yíng)養(yǎng)豐富的新興水果，軟棗獼猴桃在商業(yè)化栽培中卻面臨紅色性狀不穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)瓶頸，而傳統(tǒng)育種周期長(zhǎng)、效率有限，亟需從分子層面解析色澤形成機(jī)制并開(kāi)發(fā)育種標(biāo)記。在此背景下，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹(shù)研究所齊秀娟研究員團(tuán)隊(duì)完成了全紅肉軟棗獼猴桃“天源紅”的染色體級(jí)別基因組組裝，系統(tǒng)揭示了花青素積累的調(diào)控路徑。研究發(fā)現(xiàn)，一個(gè)名為AaBEE1的bHLH轉(zhuǎn)錄因子能夠直接結(jié)合花青素關(guān)鍵基因AaLDOX的啟動(dòng)子，從而負(fù)向調(diào)控其表達(dá)；進(jìn)一步研究鑒定出啟動(dòng)子區(qū)一個(gè)與果肉顏色緊密關(guān)聯(lián)的29-bp indel變異，并成功將其開(kāi)發(fā)為可用于早期輔助選擇的分子標(biāo)記。該研究不僅闡明了紅肉軟棗獼猴桃著色的分子開(kāi)關(guān)，也為推進(jìn)獼猴桃色澤育種提供了關(guān)鍵基因資源與實(shí)用工具。

研究主線

研究圍繞“紅肉形成機(jī)制”展開(kāi)，構(gòu)建了一套從基因組到表型的完整研究體系：

材料系統(tǒng)構(gòu)建：

• 以全紅型品種“天源紅”為材料完成基因組組裝；

• 選取紅肉（ZHB）與綠肉（ZLB）品系，進(jìn)行多組織、多發(fā)育階段的轉(zhuǎn)錄組比較；

• 利用煙草、番茄、擬南芥及獼猴桃果實(shí)等多種遺傳轉(zhuǎn)化體系進(jìn)行功能驗(yàn)證。

技術(shù)路徑設(shè)計(jì)：

• 通過(guò)比較基因組分析探討物種特異性狀形成的進(jìn)化基礎(chǔ)；

• 基于RNA-seq篩選候選基因，結(jié)合DAP-seq尋找靶點(diǎn)；

• 運(yùn)用Y1H、EMSA、ChIP-qPCR、LUC等多種技術(shù)驗(yàn)證轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)子的互作關(guān)系；

• 克隆AaLDOX啟動(dòng)子，分析其變異與顏色表型的關(guān)聯(lián)，開(kāi)發(fā)可用于育種篩選的 indel 標(biāo)記。
   

雙熒光素酶報(bào)告基因成像（LUC Assay）

研究團(tuán)隊(duì)將AaBEE1效應(yīng)載體與AaLDOXpro-LUC報(bào)告載體共轉(zhuǎn)染本氏煙草葉片，培養(yǎng)3天后使用LASER系列活體成像系統(tǒng)進(jìn)行熒光信號(hào)采集。系統(tǒng)配置高靈敏度自動(dòng)對(duì)焦鏡頭，有效捕捉Firefly與Renilla熒光素酶信號(hào)，并通過(guò)軟件計(jì)算LUC/REN比值，定量分析啟動(dòng)子活性。

相關(guān)發(fā)現(xiàn)

AaBEE1抑制AaLDOX啟動(dòng)子活性

LUC成像顯示，共轉(zhuǎn)AaBEE1與AaLDOXpro的葉片熒光信號(hào)顯著弱于對(duì)照，證實(shí)AaBEE1對(duì)AaLDOX啟動(dòng)子具有抑制作用。

Fig 5d-e: LUC/REN比值與熒光成像顯示AaBEE1對(duì)AaLDOX啟動(dòng)子的抑制效果

29-bp indel決定啟動(dòng)子活性強(qiáng)弱

進(jìn)一步比較紅/綠品種中AaLDOX啟動(dòng)子活性，發(fā)現(xiàn)29-bp插入型啟動(dòng)子活性顯著高于缺失型，解釋了紅肉品種中AaLDOX高表達(dá)的原因。

Fig 7c-d: 紅/綠品種AaLDOX啟動(dòng)子活性比較

 

實(shí)驗(yàn)配套

為何選擇LASER系列活體成像系統(tǒng)進(jìn)行LUC活體成像？

本研究中的雙熒光素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)對(duì)活體成像設(shè)備提出了核心要求：需具備高靈敏度以捕獲微弱信號(hào)，并兼容多樣本類型以適應(yīng)植物實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。

 

LASER系列活體成像系統(tǒng)的設(shè)備要點(diǎn)與此高度契合：

▷ 高靈敏度深冷相機(jī)與大口徑鏡頭：支持微弱熒光素酶信號(hào)的快速自動(dòng)采集，確保啟動(dòng)子活性的細(xì)微差異得以可靠量化；為數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和比率計(jì)算提供便利；

▷ 多功能集成樣品臺(tái)：可兼容活體植物、培養(yǎng)皿、多孔板等多種樣本，完美適配從葉片侵染到多樣本篩選的實(shí)驗(yàn)流程。

LASER系列活體成像系統(tǒng)在本研究中成功捕捉到AaBEE1對(duì)AaLDOX啟動(dòng)子的抑制效應(yīng)，為“轉(zhuǎn)錄因子—啟動(dòng)子”互作提供了直觀證據(jù)，成為基因功能驗(yàn)證鏈條中關(guān)鍵一環(huán)。

小結(jié)

本研究從基因組出發(fā)，系統(tǒng)解析了軟棗獼猴桃花青素合成的負(fù)調(diào)控機(jī)制，不僅為理解果實(shí)著色提供了新視角，也為分子標(biāo)記輔助育種奠定了理論基礎(chǔ)。LASER系列活體成像系統(tǒng)在啟動(dòng)子活性分析中的成功應(yīng)用，再次證明了高性能成像設(shè)備在植物分子生物學(xué)研究中的價(jià)值——讓不可見(jiàn)的基因調(diào)控，變得清晰可見(jiàn)。

參考文獻(xiàn)：Li Y, Song Z, Zhan X, et al. Chromosome-level genome assembly assists in dissecting mechanism of anthocyanin regulation in kiwifruit (Actinidia arguta). Mol Hortic. 2025;5:18. 

 

推薦設(shè)備

LASER系列動(dòng)植物活體成像系統(tǒng)

▷ 科研級(jí)深制冷相機(jī)搭配大光圈自動(dòng)對(duì)焦鏡頭，捕獲極微弱的光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)最高信噪比的成像。

▷ 峰值QE可達(dá)約95%，在可見(jiàn)-近紅外波段都能高效收光，暗條帶信號(hào)也不流失。

▷ 采用高功率、窄波段的長(zhǎng)壽命光源，并通過(guò)全局無(wú)影化對(duì)稱設(shè)計(jì)，確保樣品被均勻激發(fā)，避免陰影，保證成像結(jié)果的穩(wěn)定性和可重復(fù)。

▷ 覆蓋生物發(fā)光、化學(xué)發(fā)光、多色熒光成像，滿足多種實(shí)驗(yàn)需求。

▷ 該系統(tǒng)廣泛適用于腫瘤學(xué)、藥物動(dòng)力學(xué)、基因治療及細(xì)胞示蹤等前沿研究領(lǐng)域，為科研提供精準(zhǔn)、可靠的數(shù)據(jù)支撐。