2017年的诺贝尔生理学或医学奖颁给了发现生物节律及其分子机制的三位科学家。他们的科研工作对生物体的生物钟进行探究并成功阐述了其内在运作机制，解释了植物、动物和人类是如何适应自身的生物节律并与地球的转动保持同步。
 

 
生物钟指的是地球上所有的生命对地球的周期性自转及围绕太阳的公转带来外部环境的周期性变化而长期演化的周期性生理、生化及行为活动。生物钟的相关研究对了解生命、生命活动以及生命和环境的相互作用具有重大的理论意义，对指导治疗相关疾病有重要的应用价值。
  
 应用和案例
 中国科学院上海植物生理生态研究所的刘宏涛教授一直从事光和温度调控植物生长发育的相关科研工作。他们以拟南芥为模式生物，开展光调控转录以及生物钟调控转录的分子机制研究。2016年发表在《The Plant Cell》上的文章报道了蓝光和环境温度可以共同调控两个功能未知的新基因 COR27、 COR28 的转录， COR27、 COR28 通过影响生物节律从而调控拟南芥的开花启始以及对冷冻胁迫的抗性。2012年起，上海勤翔携手“Andor Technology” 先后为刘教授课题组搭建了3套“IVScope系列”植物活体成像系统（如图1所示）：
  

（图1 上海勤翔  IVScope 系列植物活体成像系统：搭载光照控制系统和高性能成像CCD）


下方图2(a)给出了在一定的温度和光照条件下，两个24孔板中的拟南芥在同一时间点的生物发光图像，发光信号的平均强度用于表征特定相关蛋白的表达，为获得生物节律曲线，整个实验需要持续6天，拍照间隔为1个小时。经过进一步的数据处理得到生物节律曲线，即图2(b)。

此类科研工作中，生物体的输出系统为生物发光，与传统的叶片摆动的分析方法相比，生物发光有两个方面的优势：1)、生物发光的信号准确性高，节律曲线上的周期，相位，振幅都可以通过计算精确获取，而这些参数影响着植物生长发育，新陈代谢以及表型；2)、此套生物发光系统，同时具有高成像分辨率和大的成像视野，这样更容易通过统计分析更多的植物数据获取最准确的科研结果。图3展示了两种分析方法获得的生物节律曲线，非常明显的，生物发光获得的结果规律性，准确性更高。
 

众所周知，生物发光的信号非常弱，并且开展生物钟的研究要求的实验周期非常的长，因此对成像 CCD 的要求非常高。Andor 公司生产的 iKon-M CCD 相机是进行此类科研工作的理想相机，这主要得益于具有以下特点：

 
1、高灵敏：量子效率高达95%，非常适合弱信号成像。
2、低噪声：低暗电流，最低制冷温度为-100℃，保证了在长时间拍照时图像噪声低，获取的图像信噪比高。
3、大视野：成像视野大，芯片尺寸为1024 pixel x 1024 pixel @13um，非常容易对两块24孔板中的植物高分辨拍照，同时获取更多的实验数据。
 
上海勤翔将继续与 “Andor Technology” 深入合作，为活体生物的相关研究提供全套成像及分析方案。如果您也有类似的实验需求，请随时联系我们。
 


 

参考文献：
1. 光和温度调控开花时间的研究进展，李莉，李旭，刘亚文，刘宏涛，中国科学:生命科学，2016，46，253

2. Blue Light- and Low Temperature-Regulated COR27 and COR28 Play Roles in the Arabidopsis Circadian Clock, Xu Li, Dingbang Ma, Sheen X. Lu, Xinyi Hu, Tong Liang, Tongda Xu, Elaine M. Tobin, Hongtao Liu, The Plant Cell ,2016,28,2755

 

内容自《原位活体生物节律解决方案》——“牛津仪器科技AndorTechnology”