Chara藻類是古老的植物生物，常見于淡水水庫，在含鹽水的水體中很少發(fā)生。這種藻類的一個(gè)不尋常的特征是單個(gè)細(xì)胞的巨大尺寸，其直徑可達(dá)1毫米，長度可達(dá)數(shù)厘米。該特征使Characean藻類成為細(xì)胞內(nèi)信號研究的獨(dú)特主題，其與細(xì)胞某些部分(例如，當(dāng)它們被觸摸或照射時(shí))的信號分子的出現(xiàn)以及它們向其他細(xì)胞區(qū)域的繁殖有關(guān)。隨著這些細(xì)胞內(nèi)信號的傳播，它們會引起各種生理反應(yīng)，包括光合作用和呼吸作用的變化。

發(fā)表在功能植物生物學(xué)上的論文集中討論細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)問題的一個(gè)方面 - 細(xì)胞質(zhì)在Chara藻類細(xì)胞內(nèi)信號分子傳遞中的作用。眾所周知，填充活細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)處于幾乎連續(xù)運(yùn)動的狀態(tài)，并且僅在壓力下停止移動。研究人員提出了一個(gè)假設(shè)，即這種運(yùn)動可以參與細(xì)胞內(nèi)信號化合物的轉(zhuǎn)移。

為了測試所提出的假設(shè)，用低強(qiáng)度光照射Chara細(xì)胞的一小部分，其激活光合作用過程并增強(qiáng)照射區(qū)域中的熒光。進(jìn)一步的研究表明，在位于細(xì)胞質(zhì)流下游的細(xì)胞區(qū)域中，在距離照射區(qū)更遠(yuǎn)的植物的暗淡部分也觀察到熒光增強(qiáng)。

相反，照明區(qū)域上游的區(qū)域沒有改變它們的熒光。該結(jié)果表明，即使在弱照射下，信號分子也在照射區(qū)域中形成。這些分子與移動的細(xì)胞質(zhì)一起繁殖，影響光合作用并增強(qiáng)藻類細(xì)胞其他部分的熒光。在額外測試的過程中，對電池施加電流，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)流暫時(shí)停止。在這些條件下，信號傳播在電流作用后立即顯著減慢;隨著時(shí)間的推移，它又達(dá)到了初始速度。用細(xì)胞松弛素(一種減緩細(xì)胞質(zhì)流動的物質(zhì))處理Chara細(xì)胞導(dǎo)致信號傳播速度逐漸降低。

根據(jù)研究員Vladimir Sukhov的研究，基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果開發(fā)了一個(gè)數(shù)學(xué)模型，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果描述了細(xì)胞內(nèi)信號在不同速度的細(xì)胞質(zhì)運(yùn)動中的傳播。該模型還考慮了信號化合物分子的擴(kuò)散過程。“所提出的模型很好地描述了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并且可以預(yù)測各種條件下信號傳輸?shù)男?，包括不同的?xì)胞質(zhì)流速度，”Sukhov指出。

該小組獲得的結(jié)果具有根本重要性，因?yàn)槭状物@示細(xì)胞質(zhì)流可以在植物細(xì)胞內(nèi)信號的傳遞中起重要作用，并且提出了數(shù)學(xué)模型用于這種傳播的定量描述。同時(shí)，結(jié)果也有很大的應(yīng)用。由于細(xì)胞內(nèi)信號在使植物適應(yīng)不利因子的作用中起重要作用，因此調(diào)節(jié)它們的能力提供了另外的工具來控制農(nóng)業(yè)植物對這些因子的抗性，從而提高其產(chǎn)量。

功能植物生物學(xué)中發(fā)表的數(shù)據(jù)顯示了開發(fā)控制細(xì)胞內(nèi)信號的方法的新潛在應(yīng)用通過調(diào)節(jié)細(xì)胞質(zhì)運(yùn)動的速度。很明顯，在實(shí)踐中實(shí)施這些方法是一項(xiàng)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。為了解決這一任務(wù)，研究人員必須首先確保細(xì)胞質(zhì)流在細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)中發(fā)揮重要作用，不僅在Characean藻類中，而且在從實(shí)際觀點(diǎn)來看最受關(guān)注的農(nóng)業(yè)植物中。此外，研究人員必須找到控制開放場或溫室條件下細(xì)胞質(zhì)流的方法。這里提出的數(shù)學(xué)模型可以成為解決這個(gè)問題的重要工具 - 對該模型的分析將能夠預(yù)測獲得所需應(yīng)用結(jié)果所必需的細(xì)胞質(zhì)流參數(shù)的變化。