WIWAM高通量植物表型成像系統(tǒng)由比利時SMO公司與Ghent大學VIB研究所研制生產，整合了LED植物智能培養(yǎng)、自動 化控制系統(tǒng)、葉綠素熒光成像測量分析、植物熱成像分析、植物近紅外成像分析、植物高光譜分析、植物多光譜分 析、植物CT斷層掃描分析、自動條碼識別管理、RGB真彩3D成像等多項*技術，以較優(yōu)化的方式實現(xiàn)大量植物樣 品——從擬南芥、玉米到各種其它植物的生理生態(tài)與形態(tài)結構成像分析，用于高通量植物表型成像分析測量、植 物脅迫響應成像分析測量、植物生長分析測量、生態(tài)毒理學研究、性狀識別及植物生理生態(tài)分析研究等。

室內植物表型成像系統(tǒng)WIWAM Line

夜間赤霉素生物合成受波動的環(huán)境條件影響，并有助于擬南芥葉片的生長調節(jié)

最佳植物生長性能要求生長信號（如赤霉素（GA））的作用與光同化物的可用性相協(xié)調。在這里，我們研究了赤霉素生物合成和碳可用性之間的聯(lián)系，以及隨后對生長的影響。結果表明，碳的有效性、光和暗信號以及時鐘確保了赤霉素生物合成的時間和幅度，并且這些機制的破壞導致赤霉素水平和下游基因表達的降低。赤霉素3β-雙加氧酶1（GA3ox1）的碳依賴性夜間誘導在一天的光照可用性降低之前受到嚴重阻礙，特別是導致生物活GA4水平降低，并與夜間葉片擴張率下降相一致。我們將這種葉片擴張的下降主要歸因于光同化物的減少。然而赤霉素限制得到緩解的植物顯著改善了擴張，這表明在不同碳可用性下赤霉素在生長控制中的相關性。在短時間內，上游赤霉素生物合成基因的碳依賴性表達未轉化為代謝產物變化。我們提出了一個模型，其中GA3ox1夜間生物合成生物活性GA4的程度由作為夜間碳源的淀粉決定，從而提供赤霉素反應的日常調節(jié)。 

GA生物合成的幾個酶步驟由多基因家族編碼。為了確定營養(yǎng)生長期間具有相對高表達的關鍵家族成員，研究了兩個公開的微陣列數(shù)據集，它們跟蹤成年擬南芥花環(huán)中48小時的轉錄豐度（20-21）。進一步表明調節(jié)生長控制的作用是基于晝夜周期的振蕩行為，表明對碳供應、光信號或時鐘變化的反應。這些數(shù)據指出海藻氨酸合酶（KS）、GA20ox1和GA3ox1是主要候選基因（圖1）。

圖1.節(jié)律性GA生物合成基因的基因家族成員在晝夜循環(huán)中的 mRNA豐度

盡管赤霉素前體池（GA9、GA19和GA20）在晚上似乎更高，但在時間點之間和光照水平之間未觀察到顯著差異（圖2A）。生物活性赤霉素對受體GID1的親和力不同，與GA4的強結合親和力相比，GA3和GA1的親和力較弱。低親和力生物活性赤霉素（GA1和GA3）在處理之間沒有明顯差異。高親和力赤霉素GA4是豐富的生物活性赤霉素，在夜間濃度最高（圖2B）。延長一天的夜間GA3ox1誘導減少，導致第二天早上GA4下降（圖2B）。低光照水平導致第二天早上GA4的下降更大，而GA4水平在實際弱光日結束時保持不變（圖2B）。這些結果表明，夜間GA3ox1表達在確定響應弱光的生物活性GA水平方面起著重要作用，而KS和GA20ox1的下降并沒有在本文研究的時間范圍內轉化為赤霉素生物合成的減少。赤霉素滅活酶也可在確定生物活性GA的動力學方面發(fā)揮作用。但是，未發(fā)現(xiàn)滅活氣體（GA8、GA29和GA34）的一致變化。

圖2.GA豐度和隨時間和弱光條件后的響應

圖3.日膨脹變化情況

pgm中GA響應基因的節(jié)律性表達丟失，盡管GID1A中保持節(jié)律性。在赤霉素不敏感（gai）和della pentuple（pent）突變體中，赤霉素在一天特定時間葉片擴展中的相關性得到了進一步研究，這兩種突變體不能對不同的赤霉素水平作出反應。當GA3ox1的表達決定生物活性GA水平時，gai和pent的擴增率在夜間降低（圖3）。另外。早上擴張率升高（圖3），這可能代表了一種獨立于GA的行為，可能利用了未開發(fā)的夜間增長潛力。同樣，GA3ox1基因敲除突變體GA3ox1-3也減少了夜間擴張，增加了早晨擴張（圖3）?？偟膩碚f，這表明對赤霉素水平和GA生物合成的變化作出反應的能力有助于一天中特定時間的擴張。

圖4.恒定和可變條件下的碳和GA依賴性生長

利用自動表型分析平臺WIWAM XY精確控制土壤含水量，并隨時間對單個植物進行成像，跟蹤了恒定晝夜周期下以及面對四個散布的弱光日時Col-0和ga3ox1 kd植物的膨脹率（圖4C）。為了獲得正常光照下的膨脹率，并確定弱光介導的膨脹減少，對單個植物的生長曲線進行了擬合。在對照條件下，Col-0和ga3ox1 kd之間的膨脹率幾乎相同（圖4D）。得出結論，赤霉素水平的GA3ox1依賴性波動不能成為正常光照條件下GA3ox1生長的主要驅動因素。暴露于四個弱光日導致兩種基因型的最終花環(huán)面積顯著減少，這意味著幾天的弱光日可以產生顯著的影響。對弱光白天和隨后夜晚膨脹減少的量化表明ga3ox1 kd的膨脹率降低幅度小于Col-0（圖4E）。這表明ga3ox1 kd在夜間表達和調節(jié)可忽略不計的情況下（圖4A-B）的擴增不會像野生型那樣受到弱光的強烈影響，在野生型中弱光嚴重抑制了ga3ox1和GA4水平的表達。

為了調查生長減少發(fā)生的確切時間，并進一步探索GA3ox1在這種減少中的作用，每隔6或12小時跟蹤生長最快的葉片的葉片擴展率。在弱光處理期間，葉片膨脹率保持不變，而在隨后的夜間，膨脹率嚴重降低（圖4F）。通過應用赤霉素或ga3ox1 kd防止弱光后GA4的下降，可在類似程度上緩解膨脹的減少（圖4G）。然而，對赤霉素的操縱都不能*消除生長懲罰（圖4G）。

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