人類神經(jīng)元通訊的受體對于苔蘚繁殖至關(guān)重要

谷氨酸受體在人類神經(jīng)系統(tǒng)中起重要作用。科學(xué)家估計90%的人腦突觸或神經(jīng)元之間的連接使用谷氨酸發(fā)送信號。類似受體在沒有神經(jīng)系統(tǒng)的植物中的作用尚不完全清楚。

由馬里蘭大學(xué)細胞生物學(xué)和分子遺傳學(xué)教授Jose Feijo領(lǐng)導(dǎo)的一項新研究揭示了植物中谷氨酸受體樣蛋白的兩個先前未知的作用：控制精子導(dǎo)航定位卵子和調(diào)節(jié)受精卵的發(fā)育。這項工作于2017年7月24日發(fā)表在Nature雜志上。

“科學(xué)家們已經(jīng)證明，植物的谷氨酸受體樣蛋白在花粉管生長和防御病原體方面起著重要作用，但我們發(fā)現(xiàn)這些受體的功能完全沒有，這是以前從未見過的，”Feijo說。“由于谷氨酸受體被認為在神經(jīng)傳遞中起作用，基本上沒有其他任何東西，沒有人知道為什么植物會有這么多基因的拷貝。發(fā)現(xiàn)這些基因可能在植物進化過程中保存以調(diào)節(jié)細胞是非常令人興奮的有性生殖中的細胞交流。“

Feijo和他的合作者測試了苔蘚Physcomitrella專利中谷氨酸受體樣蛋白的功能，因為它只包含兩個編碼這些蛋白質(zhì)的基因。另一方面，流行的植物模型擬南芥(Arabidopsis thaliana)含有20個谷氨酸受體樣基因。

在研究人員通過突變從P. patens中去除了兩個谷氨酸受體樣基因后，苔蘚正常生長，但沒有繁殖。原因是：突變植物的精子沒有到達頸部，這個雌性器官含有卵子進行受精并分泌一種化學(xué)信號來吸引精子。

當(dāng)正常的精子扭曲并翻滾并急轉(zhuǎn)彎以找到頸部入口時，突變的精子正常游泳，但沒有改變方向到達卵子。此外，正常精子可以找到突變植物的頸部，而突變的精子無法找到正常的卵巢?？傊@些研究結(jié)果表明，精子需要谷氨酸受體樣蛋白來轉(zhuǎn)化archegonia的信號。

“這很重要，因為谷氨酸受體實際上存在于人體的許多非神經(jīng)元組織中，包括精子，但其原因尚不清楚，”Feijo說。“我們的結(jié)果提出了一個答案，即游泳精子上的谷氨酸受體可能在進化上得到保守。”

在一些突變植物中，精子偶然發(fā)現(xiàn)了頸卵器，受精卵并產(chǎn)生孢子，但孢子在此后不久就死亡。研究人員發(fā)現(xiàn)突變植物不會產(chǎn)生BELL1，這是一種發(fā)育所需的蛋白質(zhì)。向突變體孢子提供BELL1導(dǎo)致植物正常發(fā)育。結(jié)果表明谷氨酸受體樣蛋白調(diào)節(jié)BELL1蛋白的產(chǎn)生，可能作為受精的第二個控制點。

Feijo和他的合作者還調(diào)查了苔蘚谷氨酸受體樣蛋白質(zhì)如何在植物中傳遞信號。他們發(fā)現(xiàn)它表現(xiàn)為允許鈣離子流過它的通道。許多人谷氨酸受體以相同的方式起作用，表明植物和人類受體在平行進化過程中保留了這種功能。

展望未來，F(xiàn)eijo計劃尋找植物受體的信號分子，他認為這不是谷氨酸。此外，已經(jīng)證明重要的神經(jīng)元受體與苔蘚中的受體有關(guān)，F(xiàn)eijo對使用植物研究神經(jīng)元功能的潛力充滿熱情。

“由于復(fù)雜性和倫理問題，很難在人體中研究這些受體，”Feijo說。“但如果我們可以在植物環(huán)境中研究它們，我們可能會得到關(guān)于基礎(chǔ)細胞生物學(xué)的答案，這些答案可以幫助我們理解更復(fù)雜的功能，例如記憶，學(xué)習(xí)或神經(jīng)退行性疾病。”

研究論文“谷氨酸受體樣通道對于苔蘚的趨化性和繁殖至關(guān)重要”，Carlos Ortiz-Ramirez，Erwan Michard，Alexander Simon，Daniel Damineli，Marcela Hernandez-Coronado，Jorg Becker和Jose Feijo在線發(fā)表于2017年7月24日的自然雜志。

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