全株植物荧光实时成像平台

要理解植物如何感知并响应环境和发育信号，需要能在活体、全组织层面实时监测分子信号的工具。基因编码荧光指示剂结合荧光显微镜虽改变了植物生物学研究，但应用多局限于小型模式生物和专用显微设备。为此，研究人员开发了宏观植物投影成像（MAPPI）系统——这是一种开源、低成本、模块化的荧光成像平台，适用于模式生物及幼苗阶段以外的土壤生长植物。MAPPI支持宽视野、双投影荧光报告基因成像，能在近生理条件下实时观察系统信号。

研究通过追踪成年本氏烟草中钙和谷氨酸的动态变化验证了MAPPI的功能。结果显示，损伤、燃烧或淹水会触发受发育调控的长距离钙波，包括 shoot-to-root（茎到根）和 root-to-shoot（根到茎）的双向信号传递。例如，在3叶和5叶期烟草中，叶片损伤可引发钙波传播至系统叶；而7叶期以上植株需更强刺激（如燃烧）才能诱导长距离钙波，且钙波传播速度约为1.3-1.72 mm/s。此外，MAPPI还观察到质外体谷氨酸在机械损伤后的动态变化，表明其作为信号分子的作用在烟草中也保守存在。

MAPPI的大视野设计使其能同时成像多株植物，且可升级为双视角配置（垂直和水平臂），实现茎、根、叶片运动等多维度观察。例如，双视角成像揭示了燃烧刺激下钙波通过叶柄和茎传播，以及叶片运动（如感夜性）与钙信号的独立性。在淹水实验中，MAPPI发现幼叶比老叶对钙信号的响应更快、更强，可能与幼叶更高的代谢活性相关。

跨物种比较显示，盐胁迫能在拟南芥中诱导根到茎的钙波，但在烟草中未观察到，提示不同物种的胁迫信号机制存在差异。MAPPI通过整合开源数据采集、信号量化工具及详细硬件组装指南，使研究人员能在环境相关条件下对大型植物进行实时基因编码指示剂成像，为解析信号传播、胁迫适应和系统通讯提供了可扩展工具。