在尊龙凯时 (项目号：31270412，31270224) 等资助下，北京林业大学林金星教授团队和中科院植物研究所邓馨研究员团队合作，在自主搭建植物细胞单分子检测平台的基础上，提出了适合植物单分子研究的算法，实现了单个膜蛋白动态参数的精准分析。相关研究工作近期以“Single-molecule fluorescence imaging to quantify membrane protein dynamics and oligomerization in living plant cells（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）”为题发表在Nature Protocols上(链接：http://www.nature.com/nprot/journal/v10/n12/full/nprot.2015.132.html )。

　　荧光显微成像技术已经成为现代细胞生物学研究过程中必不可少的工具。然而，包括共聚焦显微镜在内的传统光学显微镜均受到阿贝光学衍射极限的限制，分辨率只能达到200 nm，远远不能满足生物学研究的需求。近年来，随着各种新型荧光探针和成像理论的出现，单分子检测技术（single molecule detection, SMD）打破了光学衍射极限，将分辨率提高到了几十个纳米的水平，并且凭借其灵敏度高、检测迅速、观察精确等特点，极大推动了活细胞内反应动力学、分子间相互作用等方面的研究。林金星团队通过自主搭建适合植物细胞膜蛋白动态分析的单分子检测平台，克服了细胞壁对蛋白动态分析的干扰，建立了全内反射荧光显微术(total internal reflection fluorescence microscopy, TIRFM)，实现了对单个质膜蛋白运动的实时成像。在此基础上，他们又针对多假设追踪（MHT）算法在多目标关联跟踪过程中计算量大的问题，提出了一种改进的多假设跟踪算法。单颗粒追踪（single particle tracking）中的轨迹预测是用一个标准的Kalman滤波模型来估值和预测，它是一种线性、无偏、最小方差统计估值方法。通过修改假设生成、假设删除、新目标初始化、交叉目标关联，并结合植物细胞荧光成像的特点，用MATLAB实现了算法，并简化了运算，从而提高了运算速度，在实践中取得了良好的应用效果，将单个膜蛋白运动参数的分析精度推进到纳米和毫秒级，为进一步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。

　　利用本研究的算法和软件，实现了对植物细胞中单个膜蛋白GFP-PIP2;1 (A, B, C)和 GFP-AMT1;3 (D, E, F)的单分子自动追踪和分析。