植物細(xì)胞與動(dòng)物神經(jīng)元有著奇怪且令人驚訝的親緣關(guān)系：許多植物細(xì)胞具有與谷氨酸受體非常相似的蛋白質(zhì)，這有助于將神經(jīng)信號(hào)從一個(gè)神經(jīng)元傳遞到另一個(gè)神經(jīng)元。雖然植物缺乏真正的神經(jīng)系統(tǒng)，但先前的研究表明，植物需要這些谷氨酸受體樣蛋白(GLRs)來(lái)做重要的事情，如交配，生長(zhǎng)和防御疾病和害蟲(chóng)。

由馬里蘭大學(xué)研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究提出了GLR在植物細(xì)胞中如何發(fā)揮作用的新模型。通過(guò)與擬南芥花粉細(xì)胞的合作，研究人員發(fā)現(xiàn)GLR構(gòu)成了單個(gè)植物細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。他們的研究結(jié)果還表明，GLR依賴另一組蛋白質(zhì)，稱為“cornichon”蛋白，將GLR穿梭到不同的位置并調(diào)節(jié)每個(gè)細(xì)胞內(nèi)的GLR活性。

研究發(fā)現(xiàn)，在玉米離子蛋白的幫助下，GLR可以作為精確控制鈣離子濃度的閥門(mén) - 這是細(xì)胞內(nèi)各種結(jié)構(gòu)內(nèi)許多細(xì)胞通訊途徑的重要方面。這項(xiàng)研究可以為許多關(guān)于植物和動(dòng)物細(xì)胞間通訊的新研究提供信息，這些研究刊載于2018年5月4日的“科學(xué)”雜志封面。來(lái)自葡萄牙GulbenkiandeCiência研究所和墨西哥國(guó)立自治大學(xué)的研究人員共同撰寫(xiě)了這項(xiàng)研究。

“鈣濃度是所有細(xì)胞內(nèi)最重要的參數(shù)之一。它受到良好的調(diào)節(jié)，允許細(xì)胞編碼信息。換句話說(shuō)，鈣是細(xì)胞通訊的通用語(yǔ)言，”細(xì)胞生物學(xué)教授JoséFeijó說(shuō)。和UMD的分子遺傳學(xué)以及該研究的資深作者，指出鈣對(duì)動(dòng)物神經(jīng)元的功能也至關(guān)重要。“我們的研究結(jié)果表明，GLR在植物的這種基本通訊系統(tǒng)中發(fā)揮作用，我們還提出了一種機(jī)制，用于研究系統(tǒng)在植物細(xì)胞中的作用。”

GLR與動(dòng)物谷氨酸受體之間的相似性表明，這些蛋白質(zhì)可追溯到共同的祖先 - 一種產(chǎn)生動(dòng)物和植物的單細(xì)胞生物。然而，F(xiàn)eijó注意到GLR與動(dòng)物神經(jīng)元中的對(duì)應(yīng)物之間存在一些重要差異。

首先，谷氨酸 - 人腦中最常見(jiàn)的神經(jīng)遞質(zhì) - 在植物系統(tǒng)中不起主要作用。此外，雖然谷氨酸受體已知位于動(dòng)物神經(jīng)元的外表面，但Feijo早期的一些實(shí)驗(yàn)表明GLR可能位于植物細(xì)胞內(nèi)的各種結(jié)構(gòu)上。

“這將是不斷解釋我們得到的結(jié)果的唯一方法，”Feijó說(shuō)。“我們的結(jié)果表明，GLR確實(shí)被重新分配到植物細(xì)胞內(nèi)的其他區(qū)室，形成了一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，可以協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)鈣濃度并使鈣信號(hào)傳導(dǎo)。這是一種新的見(jiàn)解，為了解植物中的鈣信號(hào)傳導(dǎo)打開(kāi)了全新的途徑。”

Feijó和Michael Wudick是UMD細(xì)胞生物學(xué)和分子遺傳學(xué)的博士后研究員，也是該論文的第一作者，他懷疑植物細(xì)胞使用特定的機(jī)制來(lái)控制整個(gè)細(xì)胞中GLR的位置。這導(dǎo)致Wudick研究了與動(dòng)物谷氨酸受體活性相關(guān)的cornichon蛋白質(zhì)。Feijo說(shuō)，最初在果蠅中發(fā)現(xiàn)的玉米穗蛋白以腌漬狀外觀命名，特定的玉米穗基因突變賦予果蠅胚胎。

在他們對(duì)擬南芥花粉細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)中，F(xiàn)eijó的研究小組發(fā)現(xiàn)，cornichon蛋白在細(xì)胞內(nèi)從一個(gè)位置到另一個(gè)位置主動(dòng)穿梭GLR，使細(xì)胞內(nèi)的各個(gè)區(qū)域保持不同的鈣離子濃度。Cornichons還充當(dāng)GLR的守門(mén)員，響應(yīng)于細(xì)胞內(nèi)部條件的變化，像閥門(mén)一樣關(guān)閉和打開(kāi)受體分子。

總而言之，該團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果表明植物細(xì)胞通訊的模型不同于動(dòng)物中的任何物種。雖然動(dòng)物神經(jīng)元使用谷氨酸受體從細(xì)胞到細(xì)胞傳導(dǎo)信號(hào)，但Feijó認(rèn)為植物依賴于在單細(xì)胞水平上運(yùn)作的傳播策略。

“為什么植物應(yīng)該具有使神經(jīng)元起作用的受體?我們的研究結(jié)果支持單個(gè)植物細(xì)胞具有動(dòng)物細(xì)胞不具備的自主水平的觀點(diǎn)，”Feijó說(shuō)。“例如，每個(gè)植物細(xì)胞都有自己的免疫系統(tǒng)。它們有更多的溝通渠道來(lái)處理它們被卡住的事實(shí)。每個(gè)開(kāi)花植物都比動(dòng)物有谷氨酸受體的GLR更多。我們提出的植物細(xì)胞通訊模型提出了豐富的GLR的一個(gè)原因。“

Feijó說(shuō)，在解碼植物通訊方面的進(jìn)一步進(jìn)展可能會(huì)導(dǎo)致可靠的測(cè)試，以診斷疾病，營(yíng)養(yǎng)缺乏和植物中的其他疾病。這些措施有助于確保糧食安全，因?yàn)闅夂蜃兓推渌麎毫σ蛩亻_(kāi)始對(duì)主要農(nóng)作物造成損害。

Feijó還指出，對(duì)GLR的更深入了解可以揭示動(dòng)物谷氨酸受體及其缺陷的新見(jiàn)解，這可能是某些神經(jīng)退行性疾病的原因。

“有些研究人員認(rèn)為神經(jīng)變性是由過(guò)度活躍的谷氨酸受體引起的。這種情況尚未解決，但人類(lèi)和狗的某些情況與谷氨酸受體基因的突變有關(guān)，”Feijó說(shuō)。“我們的模型可能有助于調(diào)查這些條件。優(yōu)點(diǎn)是我們的協(xié)議非常易于使用。”

研究論文“CORNICHON分類(lèi)和調(diào)節(jié)GLR通道是花粉管Ca2 +穩(wěn)態(tài)的基礎(chǔ)”，Michael Wudick，Maria Teresa Portes，Erwan Michard，Paul Rosas-Santiago，Michael Lizzio，CustódioOliveiraNunes，CláudiaCampos，Daniel Santa Cruz Damineli，Joana Carvalho，Pedro Lima，Omar Pantoja和JoséFeijó于2018年5月4日出版的“科學(xué)”雜志上發(fā)表。