來自中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究人員與葡萄牙里斯本大學(xué)、澳大利亞阿德雷德大學(xué)、澳大利亞薩爾茨堡大學(xué)等處的科研學(xué)者開展合作在新研究中揭示了氨基酸調(diào)節(jié)雄性配子體和雌蕊組織之間全新的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制，類似于動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)的常見機(jī)制。這不僅是植物學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)，也對動(dòng)物學(xué)、醫(yī)學(xué)等其他領(lǐng)域的研究具有較大參考價(jià)值。

 

相關(guān)研究論文“谷氨酸受體類基因在花粉管中形成鈣離子通道且受雌蕊中的D-絲氨酸調(diào)控”（Glutamate Receptor–Like Genes Form Ca2+ Channels in Pollen Tubes and Are Regulated by Pistil D-Serine）以封面文章的形式發(fā)表在近期SCIENCE雜志上。

 

領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是葡萄牙里斯本大學(xué)J.A. Feijó教授。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院劉來華教授作為作者之一參與了該項(xiàng)研究。

 

胞質(zhì)中游離鈣離子濃度（[Ca2+]cyt）的升高或鈣振蕩是真核細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的最基本組成部分，它涉及到幾乎所有的生物學(xué)事件。然而，激發(fā)植物信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的鈣離子通道的分子基礎(chǔ)一直未明確，長期以來被列為理論學(xué)術(shù)界極力研究和爭論的熱點(diǎn)。迄今，植物體中轉(zhuǎn)運(yùn)鈣離子跨越細(xì)胞質(zhì)膜的載體尚未知。

 

在這篇文章中研究人員利用藥理學(xué)、電生理學(xué)以及基因功能缺失的突變體等研究技術(shù)，首次在煙草和擬南芥中發(fā)現(xiàn)谷氨酸受體類離子通道（glutamate receptor–like channels, GLRs）利用D-絲氨酸（D-Serine）作為配體（ligand）而介導(dǎo)鈣離子的跨質(zhì)膜內(nèi)流，進(jìn)而調(diào)節(jié)花粉管頂端細(xì)胞的[Ca2+]cyt梯度，最終影響花粉管的生長及其形態(tài)建成。研究還發(fā)現(xiàn)，在絲氨酸消旋酶基因被敲除的擬南芥突變體（SR1）中，野生型植物的花粉管在SR1雌蕊中的生長發(fā)生缺陷并伴以GLR（GLR1.2，GLR3.7）的鈣離子通道活性降低。

 

上述研究成果首次闡明了高等植物GLR家族成員需要特定的配體物質(zhì)以開啟其鈣離子通道功能，以及與此直接關(guān)聯(lián)的系列分子生理學(xué)事件－胞質(zhì)鈣振蕩與花粉管發(fā)育；揭示了植物雄性配子體與雌蕊組織之間相互識(shí)別、生長適應(yīng)的一種全新生物信號(hào)機(jī)理，此類似于動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)中普遍存在的由氨基酸開啟的信息交流機(jī)制。這不僅是植物分子生物學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)，而且對微生物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等其他領(lǐng)域的研究也具有重要的學(xué)術(shù)參考價(jià)值。