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小小仪器,大大作用—Bullet Blender 快速组织样品匀浆仪

版权所有,转载请联系基因市场部
2020-11-18

Next Advance

 助你彻底破碎样品




-01-

     随着全球气候变暖进程的加剧,各地植被受到严重影响,而且由于气候变化加剧了植物物种的入侵和当地植物的迁移。而当下,对于入侵物种的生态生理适应,以及它们应对新栖息地环境变化的能力知之甚少。

    为了对其进行探索,Hung Manh Nguyen发表于《Frontiers in Marine Science》上的题为:《Responses of Invasive and Native Populations of the Seagrass Halophila stipulacea to Simulated Climate Change》的文章,文中作者选取了一种热带海草作为研究对象,通过不同实验条件下对原生植物和入侵植物的生化测量、基因表达变化的研究,揭示不同温度环境下原生植物与入侵植物的适应性、耐受性。

     文中的组织破碎采用的是美国Next Advance公司生产的Bullet Blender组织破碎仪,该仪器更好地满足了作者对组织破碎后蛋白提取的需求。


Indifferent



-02-


文中作者选取一种热带海草作为研究对象,它原产于亚喀巴湾(果阿),在地中海东部蔓延开来,在那里它有可能超过当地的物种。作者分析了过去35年的温度记录,发现与果阿相比东部的水温上升得更快,托瓦草的入侵成功与适应气候变暖有关。此外,作者还比较了天然(以色列埃拉特)和入侵(利马索尔,塞浦路斯)托叶植物的反应,当前气温(26℃)和预测气温最大值(29℃和32℃)控制实验条件、形态和光生理结果显示,热胁迫对原生植物有负作用,而对入侵植物则无影响甚至增强。首次对托叶甘蓝基因表达进行了研究,指出了两个群体对热胁迫分子反应的差异。


图1 海草专用mesocosm设施设置


作者通过海草专用mesocosm设施,对培养海草的光照、水温和盐度进行控制,水族箱用天然沉积物分层,并填满人工海水。每个水族箱有10种外来入侵植物和10种本地托叶植物,用塑料隔板隔开培养(图1)。水温采用微环境试验期间(0-28天)平均水温的分布情况。


图2 平均水温分布


培养设施搭建完成后,通过对生化指标的长时间监测,来观测海草的光合作用情况,主要的监测指标有叶绿素a、叶绿素b和蛋白含量,以了解机体的健康以及存活状态。叶绿素的监测主要通过对叶绿素a和叶绿素b的检测(使用的是Biotek Epoch 2酶标仪),根据Tran等计算叶绿素a和b含量;同时通过测量总蛋白含量的变化,研究了热应激对生化参数的影响(图2),此过程使用美国Next Advance公司的Bullet Blender仪器完成组织破碎,随后再提取蛋白,完成检测。除了以上指标外,还将利用专业的设备对光合作用的功能进行监测,以期多方验证实验的准确性。


图3 引物设计情况以及引物来源参考


对生化参数进行监控的同时,作者还设计了不同的表达基因,以期探究海草是如何通过基因调控控制机体对环境的适应能力。在对RNA的质控方面,使用了赛默飞公司的NanoDrop 1000,期望对RNA的提取过程进行严格控制,以免影响下游实验。


-03-


根据作者的设计,得出了五方面的结论。
1.根据设施的设置,以及数据监控得出两个站点多年平均增温速率均显著为正(回归分析p < 0.05),表明海表增温正在发生,但站点间存在明显差异(图4C、D)。

图4 收集地点从1982年至2017年期间的海洋表面温度(SSTs)的长期监测。


2.通过模拟高温对托金花本地种群(A、C、E)与入侵种群(B、D、F)株型的影响显示的是随时间的变化(A, B)芽的数量、(C, D)水平的增长速度和(E, F)叶面积。结果从整个实验的芽数得出(图5A,B)显示了水温升高对本地植物和入侵植物都呈现负面影响的趋势。

图5 模拟高温环境对本地种群和入侵种群的芽数、水平增长和叶面积的影响


3.通过模拟热浪对托金花本地种群(A、C)与入侵(B、D)种群生化指标的影响,结果表明在29℃时,本地种群与入侵种群的生化指标(叶绿素a、叶绿素b和蛋白质含量)达到平衡,且与对照组实验结果一致。但在32℃时,本地种群与入侵种群的生化指标的表现出现了不同,在气温达到32℃时,本地种群的叶绿素a和叶绿素b的含量显著下降,但是入侵种群的额叶绿素a与叶绿素b的含量有所上升,但经过基因表达的监测发现这种增加现象是不显著的。

图6 模拟热浪对托金花本地(A、C)与入侵(B、D)种群生化指标的影响


4.在光合功能方面,结果表明,托金花本地种群和入侵种群对极端热胁迫的响应存在差异。在29℃以内时,本地种群与入侵种群与对照组没有明显的差异,但是当水温升高到极端温度(32℃)时,显著降低了本地植物的有效量子产量(图7 A),相反,对入侵种群不存在负面影响(图7 B)。

图7 模拟热浪对托叶菊本地种群(A)和入侵种群(B)光合功能的影响


5.本研究的基因表达结果首次揭示了托金花对热胁迫的一些分子响应。结果包括三个不同基因类别的表达,包括应激反应表达的分子伴侣(HSP70),光合作用相关基因(psbD和psbA)和抗氧化相关基因(图7)。
所有研究的基因都受到种群、治疗或相互作用的显著影响。本地种群在29℃下对HSP70的表达显著多于在32℃下的表达情况(图8 A),而入侵物种在不同温度下对HSP70基因的表达没有显著的上调(图8 C),但是相较于对照组,本地种群与入侵种群在水温快达到32℃之前,HSP70的表达都有预判提前下调的过程。
在热胁迫条件下(T3),无论是本地植物还是入侵植物,psbD均表达上调,psbA表达下调(图7A,C)。
最后,在热诱导下,抗氧化相关基因(SOD)的表达与其他基因一致,表明入侵植物对升高的水温更敏感。

图8 模拟热浪对托叶菊本地种群和入侵种群基因表达的影响

本研究的结果强调了长期、协调监测这一重要过程,无论是在本地种群还是入侵种群中都具有重要的意义。值得注意的是,我们只使用了每个盆地的一个物种。虽然在多个温度和种群上进行模拟热应力实验已经足够复杂(本研究中为3个温度和2个种群),但在未来的此类实验中包括更多种群将是必要的,以解释遗传变异和不同的温度对植被种群的影响。


参考文献:Hung Manh Nguyen.Responses of Invasive and Native Populations of the Seagrass Halophila stipulacea to Simulated Climate Change.Frontiers in Marine Science


Important


本文中的组织破碎采用的是美国Next Advance公司生产的Bullet Blender组织破碎仪更好地满足了作者对组织破碎后蛋白提取的需求,Bullet Blender 是一款快速、高通量、高稳定性的组织细胞破碎仪。使用专利的试管击打技术,转头以每分钟几千次的频率击打试管,使珠子在试管内产生剧烈的振动,从而对样品达到有效的破碎。且仪器小巧方便,可放在冰箱、安全柜等设备内,使得破碎的过程可以保持低温、无污染的环境。
美国Next Advance 公司研发的Bullet Blender是一款新颖、快速、高通量、高稳定性的组织细胞匀浆仪,具有样品匀浆更彻底、得率高、通量高、无交叉污染、生物大分子完整性好等特点,满足您多方面的样品匀浆需求。
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