人类神经元通讯的受体对于苔藓繁殖至关重要

谷氨酸受体在人类神经系统中起重要作用。科学家估计90%的人脑突触或神经元之间的连接使用谷氨酸发送信号。类似受体在没有神经系统的植物中的作用尚不完全清楚。

由马里兰大学细胞生物学和分子遗传学教授Jose Feijo领导的一项新研究揭示了植物中谷氨酸受体样蛋白的两个先前未知的作用：控制精子导航定位卵子和调节受精卵的发育。这项工作于2017年7月24日发表在Nature杂志上。

“科学家们已经证明，植物的谷氨酸受体样蛋白在花粉管生长和防御病原体方面起着重要作用，但我们发现这些受体的功能完全没有，这是以前从未见过的，”Feijo说。“由于谷氨酸受体被认为在神经传递中起作用，基本上没有其他任何东西，没有人知道为什么植物会有这么多基因的拷贝。发现这些基因可能在植物进化过程中保存以调节细胞是非常令人兴奋的有性生殖中的细胞交流。“

Feijo和他的合作者测试了苔藓Physcomitrella专利中谷氨酸受体样蛋白的功能，因为它只包含两个编码这些蛋白质的基因。另一方面，流行的植物模型拟南芥(Arabidopsis thaliana)含有20个谷氨酸受体样基因。

在研究人员通过突变从P. patens中去除了两个谷氨酸受体样基因后，苔藓正常生长，但没有繁殖。原因是：突变植物的精子没有到达颈部，这个雌性器官含有卵子进行受精并分泌一种化学信号来吸引精子。

当正常的精子扭曲并翻滚并急转弯以找到颈部入口时，突变的精子正常游泳，但没有改变方向到达卵子。此外，正常精子可以找到突变植物的颈部，而突变的精子无法找到正常的卵巢。总之，这些研究结果表明，精子需要谷氨酸受体样蛋白来转化archegonia的信号。

“这很重要，因为谷氨酸受体实际上存在于人体的许多非神经元组织中，包括精子，但其原因尚不清楚，”Feijo说。“我们的结果提出了一个答案，即游泳精子上的谷氨酸受体可能在进化上得到保守。”

在一些突变植物中，精子偶然发现了颈卵器，受精卵并产生孢子，但孢子在此后不久就死亡。研究人员发现突变植物不会产生BELL1，这是一种发育所需的蛋白质。向突变体孢子提供BELL1导致植物正常发育。结果表明谷氨酸受体样蛋白调节BELL1蛋白的产生，可能作为受精的第二个控制点。

Feijo和他的合作者还调查了苔藓谷氨酸受体样蛋白质如何在植物中传递信号。他们发现它表现为允许钙离子流过它的通道。许多人谷氨酸受体以相同的方式起作用，表明植物和人类受体在平行进化过程中保留了这种功能。

展望未来，Feijo计划寻找植物受体的信号分子，他认为这不是谷氨酸。此外，已经证明重要的神经元受体与苔藓中的受体有关，Feijo对使用植物研究神经元功能的潜力充满热情。

“由于复杂性和伦理问题，很难在人体中研究这些受体，”Feijo说。“但如果我们可以在植物环境中研究它们，我们可能会得到关于基础细胞生物学的答案，这些答案可以帮助我们理解更复杂的功能，例如记忆，学习或神经退行性疾病。”

研究论文“谷氨酸受体样通道对于苔藓的趋化性和繁殖至关重要”，Carlos Ortiz-Ramirez，Erwan Michard，Alexander Simon，Daniel Damineli，Marcela Hernandez-Coronado，Jorg Becker和Jose Feijo在线发表于2017年7月24日的自然杂志。