【Nature Com】突破，研究开发实时监测植物NADP（H）的氧化还原状态

以下文章来源于Mol Plant植物科学 ，作者辣梨鸭

NADP（H）是一个中心代谢枢纽，在所有生物体中，它为多种生物合成、调节和抗氧化途径提供还原当量。虽然生物传感器可用于测定体内NADP+或NADPH水平，但没有探针可用于估计NADP（H）的氧化还原状态。其氧化还原状态是细胞能量可用性的决定因素，因此，对其进行观测对于研究生物过程的动力学、代谢等十分重要。

2023年6月6日，来自德国杜塞尔多夫大学的研究人员及其合作者开发并表征了NERNST，这是一种基因编码比率生物传感器，可以估计生物体中的NADP（H）氧化还原平衡。相关研究结果发表在Nature Communications上，题为“NERNST: a genetically-encoded ratiometric non-destructive sensing tool to estimate NADP(H) redox status in bacterial, plant and animal systems”。

https://doi.org/10.1038/s41467-023-38739-4

NERNST能够与NADP（H）相互作用并估计ENADP（H）。NERNST由融合到NADPH-硫氧还蛋白还原酶C模块的氧化还原敏感绿色荧光蛋白（roGFP2）组成，该模块通过roGFP2部分的氧化还原选择性监测NADP（H）氧化还原状态（Fig. 1）。

Fig. 1. NERNST的设计、构建和体外表征

为了验证NERNST的可用性，研究人员首先在细菌（大肠杆菌）中进行了研究，评估了传感器估计在不同代谢机制下生长的细胞中NADP（H）氧化还原平衡的能力（Fig. 2a）。使用NERNST，研究人员监测到了细菌生长过程中的NADP（H）动力学。

Fig. 2. NADP（H）在大肠杆菌细胞中的氧化还原状态

随后，研究人员将植物纳入了测试范畴，为了使NERNST能够触及到特定的细胞器，研究人员将转运肽添加到生物传感器的N末端，实现了叶绿体导入和基质中的NADP（H）检测。结果证明NERNST可以发挥预期的作用，并且可以检测到植物的环境压力。

Fig. 3. 叶细胞和根的胞质溶胶和叶绿体中NADP（H）氧化还原状态的体内分析。

其中，从拟南芥的叶和用生物传感器稳定转化的烟草植物中分离出的原生质体在叶绿体和胞质溶胶中显示出典型的信号（Fig 4a）。

Fig. 4. NERNST探测分离的叶片原生质体中NADP（H）的氧化还原状态

综上所述，NERNST在细菌、植物和动物细胞以及叶绿体和线粒体等细胞器中都可以发挥作用，可以监测细菌生长过程中的NADP（H）动力学、植物的环境压力、哺乳动物细胞的代谢挑战以及斑马鱼的受伤。在生物化学、生物技术和生物医学研究中，它都具有丰富的潜在应用。

来源：MP植物科学

转自：“iPlants”微信公众号

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