研究人員觀察早期陸生植物中心粒的內(nèi)部運(yùn)作

大多數(shù)關(guān)于中心粒的知識(shí)都是通過(guò)研究將動(dòng)物細(xì)胞劃分為一個(gè)狹窄的物種(如蒼蠅或人類(lèi))而建立的。“最近幾個(gè)方面的技術(shù)進(jìn)步使我們能夠研究其他具有高度經(jīng)濟(jì)和環(huán)境相關(guān)性的物種，”莫妮卡說(shuō)。植物有自己的故事要講。“大多數(shù)文獻(xiàn)都指出植物沒(méi)有中心粒，這就是它的終結(jié)。但是中心粒是在某些植物物種的精子細(xì)胞中完全沒(méi)有模板的情況下產(chǎn)生的。有機(jī)體從來(lái)沒(méi)有這些結(jié)構(gòu)，它只是在正確的數(shù)量和位置上制造它們。它幾乎看起來(lái)像魔術(shù)”，前 IGC 博士生、該研究的第一作者Sónia Gomes Pereira透露。

與開(kāi)花植物相反，苔蘚具有能動(dòng)的精子，依靠水來(lái)移動(dòng)，就像人類(lèi)一樣。運(yùn)動(dòng)性是由它們的鞭毛提供的，鞭毛含有中心粒。根據(jù) Sónia 的說(shuō)法，“存在于鞭毛底部的兩個(gè)中心粒組裝在一起，但隨后分裂和伸長(zhǎng)的方式卻截然不同。這不是動(dòng)物發(fā)生的情況，動(dòng)物的每個(gè)細(xì)胞內(nèi)的中心粒都非常相似。在這片苔蘚中，兩個(gè)相似的結(jié)構(gòu)同時(shí)誕生并且彼此保持非常接近，但不知何故，細(xì)胞可以調(diào)節(jié)哪一個(gè)伸長(zhǎng)或不伸長(zhǎng)。有一個(gè)獨(dú)特的對(duì)稱(chēng)斷裂。”

“我們最初認(rèn)為這些獨(dú)特的功能可能是技術(shù)人工制品，以前從未見(jiàn)過(guò)，我們認(rèn)為不可能發(fā)生。那是我們使用 3D 電子斷層掃描的時(shí)候，我們所看到的完全有意義”，Sónia 描述道。這一切都始于在極低溫度下冷凍(冷凍保存)的樣品，然后將其切片并放入透射電子顯微鏡中。在那里，一束電子穿過(guò)樣品，當(dāng)它與樣品相互作用時(shí)，就會(huì)形成一個(gè)圖像。物理傾斜每個(gè)部分并在每個(gè)角度拍攝它的照片，然后可以對(duì)完整的 3D 結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)學(xué)重建。“這種類(lèi)型的技術(shù)為我們提供了 3D 中心粒發(fā)展的三個(gè)主要步驟，其細(xì)節(jié)水平是前所未有的。”

研究各種各樣的生物，例如Physcomitrium patens，可以了解整個(gè)生命之樹(shù)中心粒形成過(guò)程的共性。在動(dòng)物中，制造中心粒的分子塊的操作受到限制——沒(méi)有中心粒的動(dòng)物是不健康的。“這種苔蘚只在精子細(xì)胞中含有它們，這是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。由于潛在的缺陷只出現(xiàn)在那里，我們可以像往常一樣對(duì)其進(jìn)行培養(yǎng)和研究。我們通過(guò)在這種背景下推動(dòng)遺傳學(xué)和分子生物學(xué)(不僅僅是顯微鏡)學(xué)到的東西可以開(kāi)辟新的途徑，開(kāi)始了解多樣性是如何產(chǎn)生的”，莫妮卡強(qiáng)調(diào)。

“這類(lèi)研究還幫助我們了解進(jìn)化是如何運(yùn)作的，尤其是在非常早期的陸生植物中。這是我們描述這一過(guò)程的第一個(gè)物種”，現(xiàn)任 ITQB 的前 IGC 首席研究員、GREEN-IT 成員Jörg Becker說(shuō)，他是這項(xiàng)研究的共同領(lǐng)導(dǎo)者。苔蘚對(duì)生態(tài)系統(tǒng)至關(guān)重要，尤其是新形成的生態(tài)系統(tǒng)：它們可以穩(wěn)定土壤表面，減少侵蝕，保持土壤水分，減少水分蒸發(fā)，同時(shí)允許其他植物生長(zhǎng)。研究人員補(bǔ)充說(shuō)：“了解它們?nèi)绾畏敝澈蜕钪陵P(guān)重要，并根據(jù)這些知識(shí)為未來(lái)的干預(yù)奠定基礎(chǔ)，如果有必要的話。”

本研究由 Instituto Gulbenkian de Ciência 開(kāi)發(fā)，并得到 FCT(Fundação para a Ciência e Tecnologia)、Calouste Gulbenkian 基金會(huì)、ERC(歐洲研究委員會(huì))和 FCT ERA-CAPS 項(xiàng)目 EVOREPRO 的支持，以及來(lái)自 EMBL 的 Christian Boulin 獎(jiǎng)學(xué)金索尼婭·戈麥斯·佩雷拉。

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