顶级植物实验室都在悄悄使用的设备：NightSHADE 到底厉害在哪里？

在植物科学研究中，精准而动态地观察植物体内分子与代谢过程，是理解其生理响应、信号传导、基因表达机制的关键。Berthold Technologies公司推出的NightSHADE植物活体成像系统，正是一款将高灵敏度成像技术与植物生物学深度融合的科研利器，它为植物研究者提供了一种非侵入式、实时、定量的观测手段，使原本隐匿于细胞深处的生命活动得以清晰呈现。

1989年，德国伯托（Berthold）研发出了第一代低光子影像系统LB980 Luminograph。1993年，在这仪器上完成了第一个动物和植物活体基因表达实验，成为世界上第一个活体动（植）物光学影像系统。2010年，德国伯托研发出世界上第一台功能模块化设计的植物活体影像系统NightSHADE。依靠捕获荧光信号、发光信号，可以实现对基因表达调控的非侵入性实时报告。

为什么选择NightSHADE？

灵活的光学设置及高灵敏度

• 相机可安装顶部或侧面，方便观测自然生长状态下的植物

• 超灵敏的背照式CCD相机

• 最高量子效率超过90%

• -100°C冷却温度有效降低背景噪音，保证超高信噪比

关键的环境控制

NightSHADE 有助于为您的实验创建标准化的环境。

• 温度控制——温度受控的底板，可在15至30°C之间保持温度稳定。

• 日光模拟——2个LED面板。LED的强度和持续时间可分别调节，以模拟具有光谱和强度梯度的日光。

• 湿度控制——系统可以放置在任何合适的环境室内。

量身定制的模块化系统

NightSHADE 提供光密性暗箱，您可以根据实验需要进行设置：

• 暗箱内部配备电源和通讯接口，给用户根据自己的需要附加的配件提供电源和数据通讯。

• 支持多种检测模式：选择高灵敏度的发光检测模式，或者荧光成像系统。

• 提供多种样品台，支持不同样品形式。

强大和直观的indiGO™软件

用户友好的IndiGO™软件控制仪器并使图像处理变得简单。它提供以下功能：

• 简便的波长管理

• 3D信息分析

• 整合视频制作工具

• 强大的用户管理系统

• 强大的批量处理功能。

应用场景：

1. 蛋白之间的相互作用

分裂荧光素酶互补法是一种常用的植物体内蛋白质-蛋白质相互作用研究方法，它利用活体成像系统观察转化叶片上的发光现象。该方法基于荧光素酶蛋白两个裂解片段的互补，并通过底物转化和发光检测来检测互补产物。在大多数情况下，荧光素酶的重组是可逆的，因此适用于实时监测动态相互作用。萤火虫荧光素酶和海肾荧光素酶均已成功用于活体蛋白质-蛋白质相互作用研究。Nightshade 成像系统因其高灵敏度的相机和灵活的软件而成为该方法中非常流行的仪器。

一篇发表在Nature Communications上的文章"An E2-E3 pair contributes to seed size control in grain crops"发现并研究了一组E2-E3酶对（SiUBC32和SGD1），它们通过泛素化油菜素内酯受体BRI1来调控谷物作物的种子大小和产量，为提高作物产量提供了新的分子机制和遗传资源。研究人员使用了NightSHADE成像系统来观察和记录由SiUBC32和SGD1之间的相互作用所带来的荧光素酶活性。

图1. SGD1 在分裂荧光素酶互补试验中与 SiUBC32 相互作用。SiBAS1 用作阴性对照。载体对共转化到烟草叶中。

2. 昼夜节律

监测昼夜节律相关基因的表达通常需要在受控光照条件下进行长时间成像。利用目的基因的启动子驱动荧光素酶pGENE::LUC+的表达，监测萤火虫荧光素酶的表达，实现对基因表达调控的非侵入性实时报告。NightShade 凭借其独特的设计，是此应用的理想工具：

 可灵活调节光照波长和强度的日光模拟装置。

 配备功能强大且直观的程序设置软件，允许用户设置数天内所需的光照强度和质量，并在指定时间点拍摄图像。

 设有不透光的接口，可插入用于灌溉或其他用途的管路。

 侧视模块，可对整株植物（从叶片到根部）进行成像。

 配备温度控制的防冷凝托盘，可在使用培养皿时获得高质量图像。

如下图所示，发表于Cell Press上的一文"NTRC mediates the coupling of chloroplast redoxrhythm with nuclear circadian clock in plant cells"使用了 Berthold NightSHADE 植物活体成像系统来实时监测拟南芥中昼夜节律基因启动子驱动的荧光素酶（LUC）表达的节律性变化。研究人员使用持续光照连续拍摄96小时，每小时拍摄一次。

图2. NTRC 影响经典核时钟基因的昼夜节律表达。(A 和 B) NTRC 对经典晨钟基因 CCA1 和晨钟调控基因 CAB2 的昼夜节律表达的影响如图 (A) 所示，而 (B) 则阐明了 NTRC 对晚间表达的 TOC1 和黄昏前表达的 GI 的调控。在 Col-0 和 ntrc 植物中，均使用定量实时 PCR 评估了时钟基因的表达。ntrc 植物中这些基因的相对表达水平与 Col-0 的 ZT24 值进行了比较。(C–F) 比较了 Col-0 和 ntrc 突变体植物中 PCCA1:LUC、PCAB2:LUC (C 和 D) 以及 PTOC1:LUC、PGI:LUC (E 和 F) 的昼夜节律表达。

3. 压力监测

利用活体成像技术监测植物胁迫，得益于两个重要特性：

延迟荧光，是指经过光照后的的植物发出的微弱光。它不仅可以指示叶绿素含量，还可以指示植物的生理状态，而植物的生理状态会受到干旱、高盐度或感染等环境因素的影响。瞬时荧光信号持续时间仅为纳秒级，而延迟荧光则可以在数秒甚至数分钟后被检测到。

此外，在诸如创伤、盐胁迫或病原体侵袭等应激条件下，会产生超弱的生物光子发射。其强度通常低于1000 photons/s*cm，与第二次活性氧（ROS）爆发相关。它提供了一种无损且简便的方法来研究与病原体和其他应激因素相关的过程。生物光子发射可持续数小时，因此，一旦延迟荧光消失，即可进行生物光子成像。

下图所示文章借助NightSHADE植物活体成像系统，实时监测冬油菜在接受氰虫酰胺或氟吡呋喃酮处理后的延迟荧光与超弱生物发光信号，发现两种系统性杀虫剂均可通过向上（木质部）和向下（韧皮部）双向传导，在96小时内使芜菁叶蜂幼虫全部死亡。同时，杀虫剂显著提升了植物单位叶面积的光合活性（DF升高35–70%）与氧化代谢水平（UWLE升高45–50%），而受害虫啃食的未处理植株则表现出光合抑制和代谢紊乱，从而验证了新型杀虫剂在高效控害与增强作物抗逆性方面的双重潜力，如表1&2所示。 

表1. 比较不同杀虫剂处理的延迟荧光值

表2. 不同杀虫剂处理对超弱生物发光值影响的统计分析结果

4. 病原体监测

可以通过基因工程改造目标病原体，使其表达生物发光蛋白或荧光蛋白。这使得我们可以监测感染在时间、空间以及对多种因素的反应方面的进展情况。NightShade 非常适合此应用，因为它拥有强大的调度软件和高灵敏度，即使在感染的早期阶段也能观察到病原体。

下图在用生物发光青枯菌BL-Rs7菌株进行根浸接种后，抗性品系（BVRC 1）和感病品系（BVRC 25）的互接嫁接中，细菌感染动态可以实时完美地可视化。

图3. 实时可视化抗性品系（BVRC 1）和感病品系（BVRC 25）互交嫁接苗在根部浸种接种生物发光型青枯菌BL-Rs7菌株后的细菌感染动态。色条形图显示生物发光强度。

5. 其他应用

 可视化基因表达模式。NightShade独特的侧置摄像头位置使其能够对整株植物（从根到叶）进行成像，而不会像在长时间实验中受到向地性的影响。

 基因表达筛选也是一项热门应用：有多种样品架可供使用，最多可容纳 9 个培养皿，从而可以在短时间内筛选大量幼苗。

 多端口的法兰开启了无限可能：需要给暗室内的植物浇水？没问题。需要导光板进行定制照明？轻而易举。需要触摸植物来研究触敏基因？当然可以！

在看似静默的绿色世界中，分子层面的信息流转、基因表达的波动、外界刺激的响应，都在悄然发生。Berthold NightSHADE正是一扇窗，让我们能以光的语言，讲述植物的故事。

基因有限公司作为德国伯托（Berthold)公司中国区合作伙伴，致力于为您提供专业而全面的服务。我们将持续在“微孔板检测”、“发光检测”、“动物活体检测”、“植物活体检测”等领域为您提供解决方案，提供更多应用咨询及技术支持。如果您想了解更多内容，请联系我们的工作人员吧！