PBJ | 脑洞大开！利用植物传感器监测环境中伽马射线辐射污染

对于核能，大家都津津乐道的就是在日本长崎和广岛上空爆炸的两颗原子弹，以及日本福岛核电站和前苏联切尔诺贝利核电站的核泄漏。核能带来的这些巨大危害，一直让人们认为核能是比煤炭和石油化工燃料污染更严重的能源。但随着科技的进步，核电站越来越多，我们看到白烟身上冒出的大烟囱其实是水蒸气，并不是任何污染物。核电站更为环保，在裂变反应的过程中，不会产生烟雾和气体，可以说实现了零排放。但在核裂变过程中所产生的的高穿透性电离辐射如伽马辐射（Gy: gamma radiation）, 0.1-0.3Gy伽马辐射会对人体造成伤害，超出10Gy造成人体死亡。由于维护和操作费用的原因，目前的机械传感器不适合电离辐射的长期环境监测。随着合成生物学的出现，植物生物传感器成为检测和报告环境干扰存在的可行选择。

近日，美国田纳西大学植物科学系C. Neal Stewart Jr在国际知名期刊《Plant Biotechnology Journal》发表了题为” Engineered gamma radiation phytosensors for environmental monitoring”的研究论文，该研究研制了一种检测低剂量电离辐射的植物生物传感器，该系统利用合成生物学来设计马铃薯的剂量计量开关，利用植物的天然DNA损伤反应(DDR)机制来产生荧光输出。在这项工作中，辐射植物传感器被证明对大范围的伽马辐射暴露(10-80 Gy)做出反应，产生在3米处可检测到的报告信号。首先，作者为了确定马铃薯作为潜在植物传感器的辐射耐受性，进行了初始剂量实验，以确定4周龄马铃薯在0至250 Gy剂量范围内的表型反应。作者发现在80Gy以上，植物停止生长，因此在此范围以上的剂量被排除在进一步的分析之外。

在确定了马铃薯可以感知和报告伽马辐射的有效剂量范围后，鉴定了在选定剂量范围(0-80 Gy)内强烈上调的基因分析启动子序列，检测表达量是否受辐射诱导变化，分析发现StPCNA和StUVH1的启动子可以用于开发伽马辐射传感器。将StPCNA和StUVH1启动子与豇豆花叶病毒3'UTR (3CPMV-nos)一起融合到mEmerald荧光报告基因上，转化到马铃薯中，这些植物传感器结构就可以在3米的距离内评估辐射诱导性和荧光性。

为了确认植物传感器效果，进行分子鉴定后作者将所得转基因株系进行电离辐射处理鉴定其荧光诱导，发现这些转基因马铃薯可以作为功能性辐射植物传感器。

总之，本研究开发了一种可用的伽马辐射植物传感器，能够在3米的距离内感知和报告环境中≥10 Gy的伽马辐射。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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