多年來(lái)，生物學(xué)家一直想知道為什么植物中有這么多編碼蛋白質(zhì)的基因，這種蛋白質(zhì)被稱為谷氨酸受體，對(duì)動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)至關(guān)重要。現(xiàn)在，來(lái)自IGC古爾班肯科學(xué)研究所和美國(guó)UMD馬里蘭大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了這些蛋白質(zhì)的新功能，這表明苔蘚精子利用它們游向女性器官并確保后代。這項(xiàng)研究將于7月24日發(fā)表在《自然》雜志上。
由IGC前負(fù)責(zé)人、目前在UMD的何塞費(fèi)喬領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)一直在研究植物中谷氨酸受體的作用。這些蛋白質(zhì)是大腦中神經(jīng)元如何說(shuō)話的關(guān)鍵分子參與者，在記憶和學(xué)習(xí)中起著核心作用。然而，植物沒(méi)有神經(jīng)元。所以，為什么有些植物的蛋白質(zhì)基因比我們自己的大腦還多？
為了了解谷氨酸受體(GLR)的功能在進(jìn)化過(guò)程中是如何被保守的，F(xiàn)eijo的研究團(tuán)隊(duì)將研究重點(diǎn)放在了一種早期的陸生植物上，即蘚類植物Physcomitrella的專利。與高等植物相反，這種生物有游動(dòng)精子，只有兩個(gè)GLR基因，這使得它成為遺傳方法的理想選擇。通過(guò)改變這兩個(gè)基因并尋找缺陷。
這項(xiàng)研究的第一作者，卡洛斯奧爾蒂斯-拉米雷斯，在這項(xiàng)研究開(kāi)始時(shí)是IGC的一名研究生，他觀察到莫斯沒(méi)有GLR就沒(méi)有后代。然后研究小組發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)滿青苔的精子就是基于這種不育。正常精子扭曲翻滾，急劇轉(zhuǎn)向?qū)ふ遗云鞴偃肟?。帶有變異GLR的精子可以正常游泳，但不會(huì)改變方向。
研究人員進(jìn)一步觀察到，即使當(dāng)變異精子到達(dá)女性器官并使卵子受精時(shí)，產(chǎn)生的孢子(苔蘚的“嬰兒”)質(zhì)量也很差，其中大多數(shù)死亡。該團(tuán)隊(duì)與IGC團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人喬格貝克爾合作，進(jìn)一步確定了這一過(guò)程中涉及的遺傳機(jī)制。他們發(fā)現(xiàn)GLR的缺失影響了BELL1的表達(dá)，BELL1是孢子正常發(fā)育所必需的基因。
研究小組進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，苔蘚中的GLR以類似于神經(jīng)元的方式機(jī)械地工作，形成允許鈣流動(dòng)的離子通道。
Jose Feijo說(shuō)：“雖然它們?cè)诓溉閯?dòng)物和苔蘚中形成離子通道，但我們發(fā)現(xiàn)谷氨酸受體在苔蘚中發(fā)揮了兩種全新的獨(dú)特功能，包括精子導(dǎo)航和基因表達(dá)控制，這對(duì)孢子非常重要。發(fā)展。這非常令人驚訝。”
雖然不在它們的直接范圍內(nèi)，但Feijo也注意到人類精子和神經(jīng)元一樣，也有許多谷氨酸受體表達(dá)?！耙苍S這只是巧合，”費(fèi)喬補(bǔ)充道?！暗绻砹擞斡揪又泄劝彼崾荏w在進(jìn)化過(guò)程中的一些保守功能，那么如果我們是通過(guò)研究長(zhǎng)滿苔蘚的精子來(lái)得出這個(gè)結(jié)論的，那將是一個(gè)諷刺?！?
該研究在IGC和UMD進(jìn)行，由FCT科學(xué)技術(shù)基金會(huì)進(jìn)行；葡萄牙)，由瑪麗居里ITN-PlantOrigins和美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)支持。
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