NightSHADE：让植物发光，让数据说话

【字体：大中小】 时间：2025年04月30日 来源：基因有限公司

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　　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。

在植物生理学、分子生物学乃至农业育种的前沿领域，“看到”植物内部正在发生什么，早已成为科学家们的核心需求之一。传统检测手段往往局限于终点检测，难以捕捉动态变化，尤其是在植物体内复杂信号通路与应激响应机制的研究中。今天，我们隆重介绍来自德国Berthold Technologies的明星产品——NightSHADE evo LB 985N 植物活体成像系统。

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。这是一套集高灵敏度、高分辨率与高兼容性于一体的生物发光与荧光成像平台，专为植物科研设计。它不仅是一双穿透迷雾的“慧眼”，更是科学家探索植物生命奥秘的得力助手。

什么是Nightshade植物活体成像系统？

NightSHADE是德国伯托推出的一款专为植物活体实验设计的成像系统，具备以下核心功能：

• 支持荧光与生物发光成像

• 多通道成像同步采集

• 高灵敏度制冷CCD相机

• 适合从单个幼苗到整盆植物的多尺度成像

• 支持长时间（数小时至数天）实时成像

三大应用场景，助力植物科学突破

1. 基因表达动态监测

利用报告基因（如LUC、GFP、RFP等），科研人员可以直观地观察目的基因在植物体内的空间和时间表达变化。

2. 蛋白互作的动态监测

利用“分裂荧光素酶互补”实验，检测目标蛋白是否在植物体内发生相互作用。

3. 植物健康的动态监测

利用延迟荧光的原理，进行光合效率分析、环境胁迫响应评估和育种筛选。

应用优势

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。

应用实例

一、调控氮磷利用

氮和磷是作物生长发育所必需的两种主要大量营养元素，对提高作物产量至关重要。然而，如何高效协调氮磷利用是提高肥料利用效率和实现可持续农业的关键问题。中国农业大学的孙其信研究团队在这一背景下展开研究。研究人员首先通过分析小麦在不同氮磷供应条件下的根系转录组，鉴定出TaTCP6是一个潜在的氮磷利用调控因子。紧接着研究人员使用酵母单杂交筛选、酵母双杂交筛选、双分子荧光互补、共免疫沉淀、荧光素酶互补成像等多种分子生物学技术，研究TaTCP6与相关基因之间的相互作用。后续通过生成TaTCP6过表达株系（TaTCP6-OE）、敲除株系（TaTCP6-CR）、SRDX融合株系（TaTCP6-SRDX）以及在水稻中的TaTCP6同源基因OsTCP6的突变体，分析其在小麦和水稻中的功能。结果发现硝酸盐能够诱导TaTCP6的表达，而TaTCP6又能直接触发与氮利用相关基因的表达，如TaNRT2.1等。同时，研究还发现TaTCP6能够与TaSPX1/4竞争释放TaPHR2，并与TaPHR2相互作用增强其下游基因的转录激活能力，从而激活磷饥饿响应基因的表达，提高小麦对磷的利用效率。这篇文章深入解析了小麦中TaTCP6基因在调控氮磷利用及提高小麦产量方面的关键作用和分子机制，为小麦高产高效育种提供了新的理论依据和实践指导。

文章中使用NightSHADE LB 985设备进行Split-luciferase complementation imaging (LCI) assay，主要是用于检测和分析小麦及其他植物中不同蛋白质之间的相互作用。具体来说，研究人员将目标基因的编码序列分别克隆到pCambia1300-nLUC和pCambia1300-cLUC载体中，构建成分别携带nLUC和cLUC的融合蛋白表达载体。随后，这些构建体被转化到农杆菌中，并共侵染到本氏烟草（Nicotiana benthamiana）叶片中。经过约36小时的侵染后，利用NightSHADE LB 985设备分析侵染区域内的荧光素酶（LUC）信号。通过检测LUC信号的强度和分布，研究人员能够判断不同蛋白质之间是否存在相互作用以及相互作用的强度。这种方法帮助研究人员验证了TaTCP6与TaPHR2的直接相互作用（如图1所示），以及TaTCP6与TaSPXs的相互作用（如图2所示）。同时，作者通过NightSHADE检测低磷处理对TaSPX1与TaPHR2及TaSPX1与TaTCP6相互作用的影响，发现低磷条件下，TaSPX1与TaPHR2的相互作用减弱，但与TaTCP6的相互作用仍然存在。这表明低磷条件下，TaSPX1可能通过与TaTCP6的相互作用来抑制氮利用基因的表达（如图3所示）。这为揭示TaTCP6在氮磷信号通路中的调控机制提供了关键证据。

图1. 荧光素酶互补实验证实TaTCP6与TaPHR2的直接相互作用

图2.（上图）本氏烟草中证实TaTCP6与TaSPX1和TaSPX4的相互作用。（下图）随着TaTCP6量的增加，TaPHR2与TaSPX1之间的相互作用显著减弱。TaTCP6能够竞争性地与TaSPX1结合，从而减弱TaPHR2与TaSPX1之间的相互作用。

图3. 在本氏烟叶片中进行LCI实验，检测低磷处理对TaSPX1与TaPHR2及TaSPX1与TaTCP6相互作用的影响。

二、光照不足的适应机制

这篇文章研究了植物在遮荫条件下如何通过 BBX7、BBX8、CCA1 和 LHY 这些转录因子调控 PIF4 的表达，从而促进避荫综合征（SAS）的发生，帮助植物适应光照不足的环境。在遮荫条件下，光敏色素 B（phyB）失去活性，导致 PIF4 积累并促进植物生长。遮荫会干扰 phyB 与 BBX7 和 BBX8 的相互作用，使 BBX7 和 BBX8 的转录和蛋白水平上升。BBX7 和 BBX8 进而与 CCA1 和 LHY 结合，激活它们的转录，最终促进 PIF4 的表达。此外，CCA1 和 LHY 还能直接与 PIF4 的启动子结合，进一步激活 PIF4 的表达，增加其蛋白丰度，从而促进植物在遮荫条件下的生长。文章揭示了 BBX7/8-CCA1/LHY 转录因子级联反应在遮荫条件下通过调控 PIF4 表达来促进植物生长的分子机制，为提高作物光能利用效率提供了潜在的分子靶点。

研究人员使用NightSHADE验证BBX7和BBX8是否与phyB存在相互作用。研究人员将BBX7或BBX8的编码序列分别与荧光素酶的N端片段或C端片段融合，然后在烟草叶片中共表达。通过检测荧光素酶的活性来判断BBX7或BBX8与phyB之间的相互作用。研究发现当BBX7-nLUC与cLUC-phyB或BBX8-nLUC与cLUC-phyB共表达时，能够产生明显的荧光信号，而相应的对照组（如GST-nLUC和cLUC-MBP）则没有检测到荧光信号。这表明BBX7和BBX8能够与phyB相互作用（如图4所示）。