前沿 | 植保院叶永浩教授团队在乙烯荧光探针研究方面取得重要进展

2021-08-28 来源:植物保护学院 作者:陈议亮 图片:

近日,化学领域的国际顶级期刊Angewandte Chemie International Edition以Hot Paper形式在线发表了我校植保学院叶永浩教授团队完成的题为“An Activity-Based Sensing Fluorogenic Probe for Monitoring Ethylene in Living Cells and Plants”的研究论文。该研究报道了一种可快速、灵敏地监测植物内源性乙烯的新型香豆素乙烯荧光探针(coumarin-ethylene probe, CEP),为开展乙烯生物学研究提供了一种新的工具。

乙烯是一种重要的气态植物激素,不仅参与种子萌发、细胞伸长、果实成熟、种子传播等多种植物生长发育过程,还在抵御病原物等外界胁迫因子的免疫反应中起着重要作用。尽管乙烯生物合成及信号转导已被广泛研究,但许多生化机制仍不清楚。目前,检测乙烯常用的气相色谱法、光声光谱法、电化学法等成本较高,且缺乏实时监测能力。因此,开发一种快速实时监测乙烯的方法,对于乙烯生物学研究具有重要意义。

研究团队基于金属铑与苯氧乙酰胺配位活化邻位碳氢键的反应原理,首次发现了在醇溶剂参与的条件下,苯氧乙酰胺可与乙烯发生碳氢活化反应。作者首先对该反应的条件和底物进行了探索和优化,进一步利用反应中间体,引入香豆素发色团,设计了一种含Rh(III) 配合物的乙烯荧光探针(CEP-1)。探针中铑的存在可以淬灭香豆素的荧光,在10%乙二醇溶液中与乙烯反应后生成CEP-ET,可重新恢复荧光。反应产物具有较好的水溶性和稳定性,可用于生物体内乙烯的检测。

CEP-1探针对乙烯响应速度快(< 2 min),检测限低(LOD = 52 ppb),背景干扰小(Stokes shift = 95 nm),选择性高,且具有良好的细胞膜通透性。利用CEP-1探针,对乙烯前体ACC处理的拟南芥,以及敲除乙烯合成通路关键基因的突变体进行检测,表明该探针具有实时监测植物体内乙烯含量的能力。

已有研究表明,植物细胞膜上的模式识别受体(PRRs)在感知到病原菌相关分子模式(PAMPs)后,激活促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联反应,从而调控下游乙烯合成途径相关基因的表达,最终产生大量乙烯抵御病原菌的侵染。该研究选择了两种病原菌经典的PAMPs - flg22和nlp24分别处理植物叶片,利用CEP-1探针进行乙烯的检测,结果显示CEP-1可以快速、灵敏的检测植物在识别PAMPs后产生的乙烯,并进行相对定量,表明CEP-1探针可作为植物免疫反应的感受器,应用于植物与微生物互作过程中乙烯产生的检测和评估。

论文的第一署名单位为南京农业大学,植保学院博士生陈议亮为第一作者,叶永浩教授为通讯作者。植保学院严威副教授、于娜副教授、景茂峰副教授以及南京大学赵劲教授等参与了该研究。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和江苏省自然科学基金等项目的资助。

论文链接:https://doi.org/10.1002/anie.202108335.

校对:谷雨

编辑:葛焱

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