近日，化學領域的國際頂級期刊Angewandte Chemie International Edition以Hot Paper形式線上發表了我校植保學院葉永浩教授團隊完成的題為“An Activity-Based Sensing Fluorogenic Probe for Monitoring Ethylene in Living Cells and Plants”的研究論文。該研究報導了一種可快速、靈敏地監測植物內源性乙烯的新型香豆素乙烯螢光探針（coumarin-ethylene probe，CEP），為開展乙烯生物學研究提供了一種新的工具。
乙烯是一種重要的氣態植物激素，不僅參與種子萌發、細胞伸長、果實成熟、種子傳播等多種植物生長發育過程，還在抵禦病原物等外界脅迫因數的免疫反應中起著重要作用。儘管乙烯生物合成及信號轉導已被廣泛研究，但許多生化機制仍不清楚。現時，檢測乙烯常用的氣相色譜法、光聲光譜法、電化學法等成本較高，且缺乏即時監測能力。囙此，開發一種快速即時監測乙烯的方法，對於乙烯生物學研究具有重要意義。
研究團隊基於金屬銠與苯氧乙醯胺配比特活化鄰比特碳氫鍵的反應原理，首次發現了在醇溶劑參與的條件下，苯氧乙醯胺可與乙烯發生碳氫活化反應。作者首先對該反應的條件和底物進行了探索和優化，進一步利用反應中間體，引入香豆素發色團，設計了一種含Rh（III）配合物的乙烯螢光探針（CEP-1）。探針中銠的存在可以淬滅香豆素的螢光，在10%乙二醇溶液中與乙烯反應後生成CEP-ET，可重新恢復螢光。反應產物具有較好的水溶性和穩定性，可用於生物體內乙烯的檢測。
CEP-1探針對乙烯響應速度快（< 2 min），檢測限低（LOD = 52 ppb），背景干擾小（Stokes shift = 95 nm），選擇性高，且具有良好的細胞膜通透性。利用CEP-1探針，對乙烯前體ACC處理的擬南芥，以及敲除乙烯合成通路關鍵基因的突變體進行檢測，表明該探針具有即時監測植物體內乙烯含量的能力。
已有研究表明，植物細胞膜上的模式識別受體（PRRs）在感知到病原菌相關分子模式（PAMPs）後，啟動促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）級聯反應，從而調控下游乙烯合成途徑相關基因的表達，最終產生大量乙烯抵禦病原菌的侵染。該研究選擇了兩種病原菌經典的PAMPs - flg22和nlp24分別處理植物葉片，利用CEP-1探針進行乙烯的檢測，結果顯示CEP-1可以快速、靈敏的檢測植物在識別PAMPs後產生的乙烯，並進行相對定量，表明CEP-1探針可作為植物免疫反應的感受器，應用於植物與微生物互作過程中乙烯產生的檢測和評估。
論文的第一署名組織為南京農業大學，植保學院博士生陳議亮為第一作者，葉永浩教授為通訊作者。植保學院嚴威副教授、於娜副教授、景茂峰副教授以及南京大學趙勁教授等參與了該研究。該研究得到國家重點研發計畫、國家自然科學基金和江蘇省自然科學基金等項目的資助。
論文連結：https://doi.org/10.1002/anie.202108335.
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