苔藓和神经元的性固体激光器别有什么共同之处

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

多年来，生物学家一直在想，为什么植物有如此多的基因编码已知对动物神经系统必不可少的蛋白质，称为谷氨酸受体。现在，来自Instituto Gulbenkian de Ciencia(IGC，葡萄牙)和马里兰大学(UMD，USA)的研究人员发现了这些蛋白质的新功能，表明苔藓精子使用它们来游向女性器官游泳并确保后代。该研究将于7月24日在Nature上发表。

由IGC的前组长兼目前在UMD的Jose Feijo领导的团队一直在研究谷氨酸受体在植物中所起的作用。这些蛋白质是神经元在大脑内部如何对话的关键分子参与者，在记忆和学习中发挥着核心作用。然而，植物没有神经元。因此，为什么有些植物比我们自己的大脑有更多这类蛋白质的基因呢?

为了解谷氨酸受体(GLR)的功能在进化过程中是如何保守的，Feijo的研究小组专注于早期陆生植物之一，即苔藓Physcomitrella专利。与高等植物相反，这种生物体具有游泳精子和仅两份GLR基因，这使其成为遗传学方法的理想选择，通过改变这两个基因并寻找缺陷。

本研究的第一作者，本研究开始时IGC的研究生Carlos Ortiz-Ramirez观察到，在没有GLR的情况下苔藓没有后代。然后研究小组发现苔藓精子是基于这种不育症。正常的精子扭曲和翻滚，并急剧转向寻找女性器官的入口，具有突变的GLR的精子可以正常游泳，但不改变方向。

研究人员进一步观察到，即使当突变精子到达雌性器官并使卵子受精时，由此产生的孢子(苔藓的“婴儿”)质量不佳，并且大多数死亡。该团队与IGC小组负责人Jorg Becker团队合作，进一步确定了该过程中涉及的遗传机制。他们发现GLR的缺失影响了BELL1的表达，BELL1是孢子正常发育所必需的基因。

研究小组进一步发现，苔藓中的GLR以与神经元相似的方式机械地起作用，形成允许钙流动的离子通道。

Jose Feijo说：“尽管它们在哺乳动物和苔藓中形成离子通道，但我们发现谷氨酸受体在苔藓中发挥着两种全新的独特功能，包括精子导航和基因表达控制，这对孢子至关重要。发展。这非常令人惊讶。“

虽然不在他们的直接范围内，Feijo也注意到像神经元一样，人类精子也有许多表达的谷氨酸受体。“也许这只是一个巧合，”Feijo补充说，“但如果它代表了进化过程中游泳精子上谷氨酸受体的一些保守功能，那么如果我们通过研究苔藓精子来到那里将是具有讽刺意味的。”

该研究在IGC和UMD进行，由Fundacao para a Ciencia e Tecnologia(FCT; Portugal)，Marie Curie ITN-PlantOrigins和NSF-US资助。

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