近日，在国家自然科学基金（项目号：31270412，31270224）等资助下，北京林业大学林金星教授团队与中国科学院植物研究所邓馨研究员团队合作，在自主搭建的植物细胞单分子检测平台基础上，提出了一种适用于植物单分子研究的改进算法，实现了对单个膜蛋白动力学参数的精准分析。相关研究成果发表于《自然·方法》（Nature Protocols）。

随着生命科学的发展，荧光显微成像技术已成为现代细胞生物学研究的重要工具。然而，传统光学显微镜受光学衍射极限限制，分辨率仅约200纳米，难以满足生物学研究的精细需求。1976年，科学家首次利用全内反射荧光法实现单分子荧光检测，此后该技术在分析化学和生命科学领域受到广泛重视。近年来，新型荧光探针和成像理论的出现，使单分子检测技术（SMD）突破了光学衍射极限，将分辨率提升至几十纳米水平，凭借高灵敏度、快速检测和精确观察等优势，极大推动了活细胞内反应动力学和分子间相互作用的研究。

然而，在植物细胞研究领域，细胞壁的存在限制了单分子技术的应用。2005年，林金星团队自主搭建了适合植物细胞膜蛋白动态分析的单分子检测平台，克服了细胞壁的干扰，建立了全内反射荧光显微术（TIRFM），实现了对单个分泌囊泡运动的实时成像。随后，该平台被用于多个蛋白的胞吞和转运研究，相关论文发表于《植物细胞》（Plant Cell）和《美国国家科学院院刊》（PNAS），开创了植物细胞单分子活体动态研究的新领域。

在分析方法上，团队将荧光相关光谱和荧光交叉相关光谱技术引入植物膜蛋白研究，率先将领域推进至单分子水平。通过优化技术参数，建立了可变角度全内反射荧光显微术及适用于植物细胞的分析方法，首次实现了单个质膜蛋白运动参数的精准分析，精度达纳米和毫秒级。此外，团队发展了适合植物膜蛋白共定位分析的单颗粒连续追踪方法，实现了不同时间序列蛋白互作的定量分析。针对多假设追踪（MHT）算法在多目标关联跟踪中计算量大的问题，他们提出了一种改进的多假设跟踪算法，利用单颗粒追踪中的轨迹预测方法，成功追踪了植物细胞单个膜蛋白的运动轨迹。该算法通过修改假设生成、删除、新目标初始化和交叉目标关联等步骤，结合植物细胞荧光成像特点，用MATLAB实现并简化了运算，提高了速度。相关成果以“单分子荧光成像技术在植物活细胞膜蛋白动力学特征和寡聚化状态定量分析中的应用”为题发表于Nature Protocols。

林金星表示，该算法将单个膜蛋白运动参数的分析精度提高到纳米和毫秒级，为揭示植物细胞膜蛋白通过不同聚合方式和侧向运动实现自我活性调节的机制奠定了基础。

回顾研究历程，林金星提到，上世纪90年代科研经费短缺，团队条件困难。2002年获得国家杰出青年基金资助，可谓“雪中送炭”。随后，他还获得中科院“百人计划”资助，并从中拿出5万元用于仪器购置。2005年，在中科院化学所方晓红研究员等帮助下，团队成功开发了世界上第一台植物学科领域的全内反射荧光显微镜。林金星比喻道：“如果把细胞比作房子，蛋白就是砖头。以前测量蛋白质量需粉碎许多类砖头求平均值，现在有了这台显微镜，就能在活体上测量每一块砖头的质量。”2007年和2015年，团队又分别获得科学基金面上项目和重点项目的支持，使自主开发的新平台和新算法得以应用于具体科学问题。林金星强调：“基金对我们开展系列研究的帮助非常大，我的科研生涯离不开基金的支持。”