Nat Plants 突破！利用纳米传感器实时监测植物中H2O2信号

来源：iPlants

解析植物中的伤口信号对于理解植物的各个方面至关重要。已知植物防御反应主要涉及NADPH-氧化酶介导的H2O2和Ca 2+信号传导途径，它们通过植物脉管和组织长距离传播，但是我们仍然不是非常清楚其信号传递具体过程。

Nature Plants杂志在线发表了来自美国麻省理工大学Michael S. Strano课题组题为“Real-time detection of wound-induced H2O2 signalling waves in plants with optical nanosensors”的研究论文。

该研究开发了一种基于H2O2选择性单壁碳纳米管（SWNT）为基础的纳米传感器，该探针在模型植物和非模型植物中能对伤口诱导的H2O2信号传导途径进行非破坏性和实时的研究。

与动物不同，植物不具有用于防御的专门的移动免疫细胞。取而代之的是，它们依赖于快速使用移动信号来触发在威胁感知局部和全身反应的细胞-细胞通信。这种信号的传播与植物激素的积累错综复杂，例如水杨酸、茉莉酸、脱落酸、乙烯和生长素等，它们在植物响应逆境的适应性中起着重要作用。

研究表明，细胞内的Ca2+浓度和电信号传播，及活性氧（ROS）是作为参与介导植物细胞与细胞之间的交流，激活防御机制的重要信号分子。在ROS分子中，H2O2具有最长的半衰期，可以在最长的距离上传播，并且可以很容易地通过水通道蛋白跨膜运输。

当前技术来研究H2O2信号动力学主要局限于使用荧光染料和组织化学试剂。然而，这些方法通常对植物具有破坏性难以应用于叶片，同时，还需要较长的温育时间并且与H2O2发生不可逆反应，因此，不可能做到实时监测植物天然状态下的H2O2信号传导。

该研究串联使用一对DNA包裹的SWNT（单壁纳米管）探针作为体内检测内源性H2O2 的比率来测定植物内信号变化。体外实验表明，包裹在ss（GT）15寡核苷酸中的SWNT（以下称为G-SWNT）的荧光强度在H2O2存在下被淬灭，从而促进了它们作为活性传感器的应用。另一方面，包裹在ss（AT）15寡核苷酸（以下称为A-SWNTs）中的SWNT物种的荧光信号对于H2O2保持不变，从而使其能够作为参考。此外，传感器对H2O2的响应是可逆的，如随后添加过氧化氢酶所示，该过氧化氢酶可将H 2 O 2分解为H2O和O2。所以，这种可逆的传感机制激发了传感器能在植物体内的应用。

之后，该研究通过检测6种植物物种（包括生菜，Eruca sativa，Spinacia oleracea、Blitum capitatum、Rumex acetosa和拟南芥，发现受伤后的H2O2浓度分布遵循对数波形：按波速从0.44到3.10 cm/min排列，证明了这种纳米粒子介导方法的多功能性。此外，该研究表明，植物RbohD谷氨酸受体样通道（GLR3.3和GLR3.6）都是对伤口诱导H2O2波传播的关键。

因此，该研究发现了一种新型的纳米传感器探针，该探针与物种无关，能够在植物中进行实时，空间和时间的H2O2生化测量。