Nature：人神经元中的谷氨酸受体对苔藓繁殖是至关重要的

邓文龙

Nature：人神经元中的谷氨酸受体对苔藓繁殖是至关重要的

来源：本站原创 2017-07-26 06:36

图片来自Jörg Becker, Instituto Gulbenkian de Ciência。

2017年7月25日/生物谷BIOON/---谷氨酸受体在人神经系统中发挥着至关重要的作用。科学家们估计90%的人大脑突触（即神经元之间的连接）利用谷氨酸发送信号。类似的受体在没有神经系统的植物中的作用并未得到充分的理解。

在一项新的研究中，来自美国马里兰大学和葡萄牙古尔班基安科学研究所（Instituto Gulbenkian de Ciência）的研究人员揭示出谷氨酸受体样蛋白（glutamate receptor-like proteins）在苔藓植物中的两种之前未知的作用：控制精子的运行以便找到卵子；调节受精卵发育。相关研究结果于2017年7月24日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Glutamate receptor-like channels are essential for chemotaxis and reproduction in mosses”。

论文通信作者、马里兰大学细胞生物学与分子遗传学教授Jose Feijo说，“科学家们已证实植物的谷氨酸受体样蛋白在花粉管生长和抵抗病原体中发挥着作用，但是我们发现这些受体之前未曾观察到的全新功能。鉴于谷氨酸受体被认为仅在神经传递中发挥作用，没有人知道为何植物具有如此多的这些基因的拷贝。非常激动人心的是，这些基因可能在植物进化期间是保守的：介导有性繁殖中的细胞间通信。”

Feijo和他的合作者们在被称作小立碗藓（Physcomitrella patens）的苔藓植物中测试了谷氨酸受体样蛋白的功能，这是因为它仅含有两个编码这些蛋白的基因。另一方面，流行的模式植物拟南芥含有20个谷氨酸受体样蛋白编码基因。

在这些研究人员通过突变移除小立碗藓中的这两个谷氨酸受体样蛋白编码基因后，它们正常地生长，但是不能够繁殖。原因在于这些植物突变体的精子不能够到达颈卵器（archegonia）。颈卵器是苔藓和蕨类植物等中的雌性器官，含有准备受精的卵子，并且分泌一种吸引精子的化学信号。

尽管正常的精子通过扭曲、翻滚和急转弯发现颈卵器的入口，但是发生突变的精子能够正常地游动，但是不能够改变方向来找到卵子。此外，正常的精子能够找到植物突变体的颈卵器，但是发生突变的精子不能够找到颈卵器的位置。归纳在一起，这些发现提示着精子需要谷氨酸受体样蛋白来翻译颈卵器信号。

Feijo说，“这是比较重要的，这是因为谷氨酸受体通常存在于人体的很多非神经元组织（包括精子）中，但是其中的原因是不清楚的。我们的结果给出了一种答案：游动的精子上的谷氨酸受体可能在进化上是保守的。”

在一些植物突变体中，精子偶然地发现颈卵器，让卵子受精，产生孢子，但是这些孢子很快就会死掉。这些研究人员发现这些植物突变体并不产生发育所需的蛋白BELL1。给突变的孢子提供BELL1会导致正常的植物发育。这些结果提示着谷氨酸受体样蛋白调节着BELL1蛋白的产生，而且可能是作为受精的第二个控制点进行调节的。

Feijo和他的合作者们也研究了苔藓谷氨酸受体样蛋白如何可能在植物中传递信号。他们发现这种谷氨酸受体样蛋白作为一种允许钙离子流过的通道发挥着作用。很多人类谷氨酸受体以相同的方式发挥功能，这提示着这种受体的植物版本和人类版本在平行进化期间保持着这种保守的功能。

下一步，Feijo计划寻找这种植物受体的信号分子，而且他认为这种信号分子不是谷氨酸。此外，通过证实一种重要的神经元受体与苔藓中的一种受体相关联，Feijo对利用植物研究神经元功能充满热情。

Feijo说，“鉴于这些受体的复杂性和伦理问题，在人体中研究它们是比较困难的。但是如果我们能够在植物中研究它们，那么我们可能解答基础的细胞生物学问题，这可能有助我们理解更加复杂的功能，比如记忆、学习或神经退行性疾病。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Carlos Ortiz-Ramírez, Erwan Michard, Alexander A. Simon et al. Glutamate receptor-like channels are essential for chemotaxis and reproduction in mosses. Nature, Published online 24 July 2017, doi:10.1038/nature23478

http://news.bioon.com/article/6707209.html

http://www.nature.com/nature/jou ... oxtrotcallback=true



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