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性细胞和神经元有什么共同点呢?

2017/07/27 来源:生物通
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导读
 古尔科学研究所(Instituto Gulbenkian de Ciencia)和马里兰大学的研究人员在《Nature》发表文章,声称发现了植物谷氨酸受体蛋白的新功能。

本文转载自生物通网站

谷氨酸(Glu)是动物中枢神经系统的一种重要兴奋性神经递质,它与相应细胞膜受体即谷氨酸受体(glutamate receptors ,GluR)相互作用引起系列级联反应,涉及大脑很多重要功能。

植物也含有许多GluR编码基因,并且这些基因与动物的高度同源。

BC 280年的亚里士多德认为植物也具有思想,可以如动物一般感知世界。根植于土地的植物拥有了感情和思想,这是多么奇怪,让人难以置信!

然而,多年来生物学家们一直在想,如果植物不需要处理神经兴奋,为什么有那么多GluR编码基因?

如今,古尔科学研究所(Instituto Gulbenkian de Ciencia)和马里兰大学的研究人员在《Nature》发表文章,声称发现了植物谷氨酸受体蛋白的新功能。苔藓精子(moss sperm)利用GluR来指导游向雌性器官的航行。

前古尔科学研究所成员,现在马里兰大学工作的Jose Feijo致力于植物GluR功能研究。这些蛋白是了解人类大脑神经元对话的关键分子,对记忆和学习发挥核心作用。然而,植物没有神经,为啥植物编码GluR的基因比人类的还多?

鉴于GluR的进化保守性,Feijo课题组将目光放在了早期陆生植物小立碗藓(Physcomitrella patens)上。与更高等的植物相比,小立碗藓也具有游动的精子,而且只有2个GluR拷贝,这使它成为了理想的遗传学研究模型。

Carlos Ortiz-Ramirez是本文的第一作者,他观察发现,缺少GluRs能导致苔藓不育。这种现象的深层原因在于,正常精子旋转、跳跃、适时地急转弯才能到达雌性器官入口,而GluR突变精子则是如闭着眼游泳,不会转弯,根本找不到入口。

即使突变精子运气开挂最终到达了雌性器官,使卵子受精后产生的孢子(苔藓的宝宝)质量也不好,大部分孢子都会死亡。与Jorg Becker课题组合作后,研究小组进一步指出了该过程涉及的遗传机制。

他们发现,GluR缺失影响了BELL1基因表达,而BELL1基因是正常孢子发育的关键基因。

苔藓GluR的工作方式实际很像动物的神经元,它在细胞膜上形成离子通道,允许钙离子流进流出。

Jose Feijo说:“尽管哺乳动物和苔藓都能形成离子通道,但我们惊奇地发现了苔藓谷氨酸受体的两个全新的、完全不同的功能,分别是精子导航和控制基因表达。这两个功能有关孢子存亡。”

Feijo指出,与神经元一样,人类精子也表达了许多谷氨酸受体。“也许这是一个巧合,但是,如果谷氨酸受体帮助精子游泳是一种保守功能的话,人类的这项技能很可能是跟苔藓学的。”


显微镜下受精的孢子体

原文标题:Glutamate receptor-like channels are essential for chemotaxis and reproduction in mosses

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