펄스 진폭 변조된 엽록소 형광계를 이용한 작물에서의 비광화학적 담금질의 고처리량 분석

요약

이 프로토콜은 펄스 진폭 변조된 엽록소 형광 측정법에 의한 비광화학적 담금질의 완화를 측정하기 위한 고처리량 방법을 도입한다. 이 방법은 현장에서 자란 글리신 맥스 에 적용되며 유전 적 다양성 또는 번식 집단을 스크리닝하기 위해 다른 종에 적응할 수 있습니다.

초록

광합성은 현대 작물 품종에 최적화되어 있지 않으므로 개선의 기회를 제공합니다. 비 광화학 담금질 (NPQ)의 완화를 가속화하는 것은 광합성 성능을 향상시키는 효과적인 전략으로 입증되었습니다. 그러나, NPQ 개선을 위한 번식 가능성 및 NPQ 완화의 유전적 기초에 대한 완전한 이해는 현장 재배 작물 식물로부터의 오버샘플링 및 데이터 수집의 한계로 인해 부족하다. 이전 보고서를 기반으로 펄스 진폭 변조 (PAM) 엽록소 형광 측정법을 사용하여 글리신 맥스 (대두)에서 NPQ 이완 속도를 분석하기위한 고처리량 분석을 제시합니다. 잎 디스크는 실험실로 운반하기 전에 현장에서 재배 한 콩에서 샘플링되어 NPQ 이완이 폐쇄 된 PAM 형광계에서 측정됩니다. NPQ 이완 파라미터는 고조도에서 저조도로의 전환 후 측정된 NPQ 값에 이중 지수 함수를 피팅하여 계산됩니다. 이 방법을 사용하면 하루 안에 수백 개의 유전자형을 테스트 할 수 있습니다. 이 절차는 NPQ 완화의 변이에 대한 돌연변이 및 다양성 패널을 선별 할 수있는 잠재력을 가지고 있으므로 기본 및 응용 연구 질문 모두에 적용될 수 있습니다.

서론

광합성은 광흡수, 일차 전자 전달, 에너지 안정화, 광합성 생성물의 합성 및 수송¹로 구성된다. 각 단계를 이해하는 것은 작물 광합성 효율을 높이기위한 노력을 안내하는 데 중요합니다. 빛은 광합성 속도에 영향을 미치며, 광자의 형태로 에너지 공급의 균형을 맞추어야하며 등가물을 줄이기위한 수요가 필요합니다. 공급이 수요를 초과할 때, 예를 들어 고조도 하에서, 또는 구내성 폐쇄에 의해 야기된_CO2 고정의 감소된 동안, 환원 전력의 축적은 광합성 장치를 손상시키고 전자 수송을 손상시킬 가능성이 있는 반응성 산소 종 형성의 확률을 증가시킨다. 따라서 손상을 방지하기 위해 식물은 반응성 산소 종의 해독 및 여기된 엽록소 상태 (NPQ)²의 비 광화학적 담금질을 포함한 몇 가지 광보호 메커니즘을 개발했습니다.

높은 광합성 속도를 유지하는 것은 현장 환경에서 어려운 일입니다. 계절 및 일주일 변화는 바람으로 인한 잎 움직임 및 일시적인 구름 덮개와 같은 환경 변동과 함께 광합성을 위해 식물이받는 빛의 양과 강도의 변화를 일으^{킵니다 3}. NPQ는 과도한 광 에너지를 방출하고 고조도에서 지속적인 광합성 속도를 ....

프로토콜

1. 종자 심기

1. 비옥하고 배수가 잘되지만 모래 토양이 아니며 pH가 거의 6.5 인 밭을 선택하십시오. 괭이로 땅을 득점하여 0.75m 간격의 1.2m 행 플롯을 표시하십시오.
2. 토양 온도가 25 ~ 30 ° C 사이인 성장기 초에 각 플롯을 따라 3cm 깊이에서 G.max cv. IA3023의 50 종자 / m를 심습니다.
   참고 : 유전 적 다양성을 스크리닝하기 위해 여러 가지 다른 유전자형이 성장하고 비교 될 것으로 예상됩니다. 유전자형 당 2-5 행의 식물은 무작위 블록 설계로 배열됩니다. 기후 조건이 토양 유형, 온도 및 하루 길이를 포함하여 콩의 성장에 적합한지 여부를 고려해야합니다.

2. 현장에서 잎 샘플 수집

1. 발아 후 30 일 후에 현장 사이트에서 식물을 샘플링하십시오.
   참고 : 30 일 후에 콩 식물은 식물 단계에있을 것입니다. 샘플링 전 발아 후 일수는 다루어지는 생물학적 질문에 달려 있습니다.
2. 24웰 플레이트의 웰을 증류수로 1/3^까지 채웁니다. 뚜껑과 플레이트의 측면에 샘플링할 반복실험으로 라벨을 붙입니다.
3. 샘플링 할 식....

결과

도 1A는 현장 성장 대두에서 NPQ의 전형적인 측정을 묘사한다. 식물은 2021 년 여름 동안 일리노이 주 우르바나 (위도 40.084604 °, 경도 -88.227952 °)에서 재배되었으며 씨앗은 6 월 5 일에 심어졌습니다. 2021. 잎 디스크는 종자를 심은 지 30 일 후에 샘플링되었고, 제공된 프로토콜로 측정이 이루어졌다(표 1). F_v/_Fm 및 NPQ 값은 각 리프 디스크에 대해 계산되었고(보충 표 4), NPQ 이완 파라미터는 이중 지수 함수를 피팅하여 계산되었다(표 2). _Fv/_Fm을 결정하기 위해 초기 포화 플래시를 측정한 후, 리프 디스크는 저조도(50μmol m-2s-1)에 노출되었고 측정된 NPQ는 < ¹이었다(그.......

토론

리프 디스크의 신중한 선택과 취급은 NPQ의 신뢰할 수 있는 측정을 얻기 위해 매우 중요합니다. 첫째, 핀셋으로 거친 취급과 같은 조직의 손상은 스트레스를 유발하여 광합성의 최대 양자 효율에 대한 낮은 값을 초래합니다. 비응력 플랜트는 일반적으로 약 0.83¹⁸의 F _v/_Fm 값을 가지며, 광합성 성능의 감소를 나타내는 상당한 감소를 나타냅니다⁹. 그러나, 현장 조건 하에서 성장한 식물은 전형적으로 경미한 스트레스를 경험하며, 따라서 _FvFm > 0.75의 역치는 광합성 감소(³⁰)의 시작에 대한 한계로서 이것을 선택한 이전 연구에 따라 포함되도록 설정되었다. 리프 디스크를 제자리에 고정하는 데 사용되는 비강 흡입기 필터의 취급은 또 다른 일반적인 문제의 원인입.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
24 웰 조직 배양 플레이트	Fisher Scientific	FB012929	원산지: 미국
96 웰 조직 배양 플레이트	Fisher Scientific	FB012931	원산지: 미국
알루미늄 호일	Antylia Scientific	61018-56	원산지: 미국
블랙 마커 펜	Sharpie	SAN30001	원산지: 미국
CF 이미저	Technologica Ltd.	해당 없음 엽	록소 형광 이미저 원산지: 영국
코르크 보어, 7mm	훔볼트 제조 Co	H9665	원산지: 미국
FluorImager V2.305 Software	Technologica Ltd.	N/A	이미징 소프트웨어 원산지: 영국
iHank-Nose 프리미엄 코 흡입기 위생 필터 100팩	아마존	B07P6XCTGV	원산지 : 미국
마커 스테이크	John Henry Company	KN0151	원산지 : 미국
종이 가위	VWR	82027-596	원산지 : 미국
Parafilm	Bemis Company Inc.	S3-594-6	반투명 유연한 필름 원산지: 미국
단단한 고무 마개	Fisher Scientific	14-130M	원산지: 미국