透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，缩写TEM），简称透射电镜，是利用高能电子束充当照明光源而进行放大成像的显微分析设备。自1933年德国科学家克诺尔（Knoll）和卢斯卡（Ruska）研制出了世界上第一台透射电镜以来，如今透射电镜已经诞生了90多年。电镜的分辨力也从分辨直径小于200 nm的亚显微结构，如今提升到亚埃级，在生物学、医学、材料学等自然科学研究领域中发挥着日益重要的作用。传统的透射电镜能够提供比光学显微镜分辨率更高的二维图像，一直是研究亚细胞显微结构的有力手段。
2024年7月9日，浙江农林大学沈锦波团队在Cell旗下期刊Trends in Plant Science上在线发表了题为Whole-Cell Visualization of Plant Organelles by Electron Tomography（植物细胞器的全细胞电子断层扫描成像）的技术论文。
目前，木本植物等研究材料缺乏带有荧光标签的转基因体系，生长发育及逆境胁迫下细胞器动态的研究难以展开。而基于透射电镜开发的电子断层扫描（Electron tomography，缩写ET）技术则解决了这一难题。电子断层扫描技术能够在纳米级分辨率下探究植物细胞的膜结构和亚细胞活动，而不依赖转基因体系，因此这项技术可以推广到包括林木和作物在内的其他多种细胞类型的亚细胞结构研究中。
在前期液泡、自噬体等细胞器研究的基础上（PNAS, 2017; Nat. Plants, 2019; Plant Physiol., 2022），作者提出了电子断层扫描技术的应用标准，总结了多种用于获取三维图像的成像手段，并将该技术结合光学成像（光电联用）和AI技术等交叉领域的应用，进一步弥补该项技术的缺陷，为将该技术拓展到细胞器互作、乃至植物细胞生理研究领域提供了新思路。
电子断层扫描通过叠加连续图像，能重建整个样品切片的断层图像和三维模型，从而再现单个完整细胞的亚细胞原位特征，并且在纳米级分辨率下分析细胞器之间的空间关系。相较于传统二维电镜成像，电子断层扫描拥有以下优势：（1）全细胞电子断层扫描对单细胞的大体积成像，能够定量评估亚细胞结构的各项特征，包括体积、表面积和细胞器间距；（2）铜或镍材质载网承载的连续切片可以半永久保存，允许对样品进行重复观察；（3）高压冷冻的样品固定方式保留了蛋白表位和活性，使得切片通过免疫金标记或荧光成像，更加准确定位细胞器。
浙江农林大学作为该论文的第一单位，曹文瀚副教授为第一作者，沈锦波教授为通讯作者，博士生苟梁鹏为共同作者。香港浸会大学李白颖助理教授和香港中文大学姜里文教授也对本文给予了指导。该论文得到了香港中文大学 “细胞器生物合成及功能研究中心”、浙江大学分析测试中心的电镜平台支持，获得国家自然科学基金、浙江省杰青项目等多项基金资助。
沈锦波教授于2013香港中文大学获得博士学位，并继续博士后研究工作。2018年进入浙江农林大学，入选国家青年人才、浙江省海外高层次人才、浙江省杰青项目等人才计划。综合细胞生物学、分子生物学、遗传学、蛋白质组学等技术方法，在模式植物、农林作物中重点研究植物囊泡运输过程在植物生长发育、逆境响应和果实成熟中的调控作用机理研究。在PNAS， Nature Communications， Molecular Plant， Plant Cell， Trends in Plant Science等期刊发表一系列高水平论文。
参考文献：
W. Cao, et al., Correlation of vacuole morphology with stomatal lineage development by whole-cell electron tomography, Plant Physiol., 188, 2022, 2085–2100.
Cui, Y. et al. (2019) A whole-cell electron tomography model of vacuole biogenesis in Arabidopsis root cells. Nat. Plants 5 (1), 95-105.
Zhuang, X. et al. (2017) ATG9 regulates autophagosome progression from the endoplasmic reticulum in Arabidopsis. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 114 (3), E426-e435.
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.tplants.2024.06.003
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