应用笔记 - 磁共振

NMR成像提供了有关种子萌发过程的更佳洞察

“……这项成像研究提供了有关油菜籽种子萌发关键事件空间方面的见解。它展示了种子结构是如何预先确定水分吸收方式的……”

“……这项成像研究提供了有关油菜籽种子萌发关键事件空间方面的见解。它展示了种子结构是如何预先确定水分吸收方式的……”

种子萌发是作物生长的基本步骤。它代表着从休眠种子向新生长植物的转变。在吸胀过程中,种子吸水而萌发。水分吸收之后,种子从胚根尖开始生长。

有效的萌发对于培育优良的作物是必不可少的,因此,种子萌发是农业的组成部分之一。因此,生物技术行业的科学家们对种子萌发进行深入研究,也就不足为奇了。本研究主要集中在影响种子萌发时间和速率的因素上,即水分和氧气利用率(外源因素),以及激素、休眠和基因型效应等(内源性因素)。1

核磁共振(NMR)成像是种子萌发研究中的一个广为接受的选项。NMR技术依靠的是核自旋的磁矩,而不是高能辐射,所以是无创和无损伤的。因此,NMR成像技术可提供有关幼苗理化特性的许多有价值的信息。4

然而,代表种子萌发第一步的吸水关键过程却很少被研究。需要进行进一步的研究以评估种子萌发过程中的后吸水事件,以及当种子开始生长、胚胎开始发育时的代谢过程。

它有望进一步加深我们对种子吸胀以及种子萌发的后续过程的理解,有助于开发新的科技项目,以提高作物产量并有可能在全世界消除饥饿现象。2,3

Munz等人最近的一项研究使用了500 MHz的Bruker AVANCE NMR成像平台,直接追踪水分进入油菜(甘蓝型油菜)种子的通道及其到达胚胎组织的途径。5结合功能性NMR、计算机辅助种子建模、基于荧光的呼吸成像和傅立叶变换红外显微镜,以分析促进种子萌发的基本线索。此外,NMR数据还被用来制作延时影片。

本研究所采用的整体体内策略使得研究种子萌发关键过程之间的关联成为可能。水进入和分配的性质、及其对随后的化学和代谢事件以及结构变化的影响都进行了研究。

研究人员发现了一个胚乳内的脂质间隙,它让水分能流向胚根尖。组织补液被认为是糖代谢和脂质利用开始的信号。对萌发种子的空间分析表明,种子吸水速度快,但不均匀。

本研究所获得的影像资料,提供了对种子萌发过程中所发生的空间和代谢变化的更深入的了解。这一加深的理解将有望帮助研究人员改进优化种子发芽率的过程,进而使作物产量最大化。

有关500 MHz Bruker AVANCE NMR成像平台的更多信息,请联系Bruker公司。

参考文献

  1. Bassel GW;“能否生长?”;Trends Plant Sci. 2016;21(6):498-505
  2. Weitbrecht K、Müller K、Leubner-Metzger G;“第一要务:让种子尽早发芽”;J Exp Bot. 2011;62(10):3289-3309
  3. Née G、Xiang Y、Soppe WJ;“解除休眠,唤醒种子”;CurrOpin Plant Biol. 2017;35:8-14
  4. Borisjuk L、Rolletschek H、Neuberger T;“用磁共振成像测量植物的世界”;Plant J. 2012;70(1):129-146
  5. Munz E、Rolletschek H、Oeltze-Jafra S等;“油菜种子萌发的功能成像研究”;New Phytol [published online August 11, 2017]. doi: 10.1111/nph.14736