植物性別需要推力

在將于2018年9月出版的“技術(shù)”雜志上發(fā)表的一篇論文中，現(xiàn)在已經(jīng)使用微流體技術(shù)測量了微觀器官在植物中傳遞精子細(xì)胞所產(chǎn)生的推力。蒙特利爾大學(xué)(現(xiàn)稱蒙特利爾大學(xué))，麥吉爾大學(xué)和康考迪亞大學(xué)的納米和微系統(tǒng)工程師和植物生物學(xué)家團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種微芯片，使研究人員能夠測量植物使用的精子輸送工具施加的力量。談判雌性花組織以實(shí)現(xiàn)受精。

用于測量花粉管生長力的芯片實(shí)驗(yàn)室的制造非常復(fù)雜，涉及多層精確設(shè)計(jì)的彈性體材料的組裝，精度在微米范圍內(nèi)。植物的繁殖對人類的生存至關(guān)重要，因?yàn)槲覀兿牡拇蟛糠挚防锒家蕾囉谒?。成功的植物受精是形成種子的基礎(chǔ)，如水稻，玉米和小麥，以及水果和許多蔬菜。因此，未施肥可能會產(chǎn)生嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和人道主義后果。

為了模仿花組織的生物迷宮，將花粉管策略性地引導(dǎo)到微型裝置中并暴露于微型力平衡。當(dāng)管子與測量儀相互作用時(shí)，它們使裝置偏轉(zhuǎn)，并且失速力提供了微小細(xì)胞能夠施加的推力量的信息。該力的大小表明驅(qū)動入侵過程的細(xì)胞壓力對應(yīng)于典型的汽車輪胎的細(xì)胞壓力。奇怪的是，花粉管改變了頻率或它們的振蕩生長模式，表明細(xì)胞“感覺”并且對環(huán)境的物理抗性作出反應(yīng)。

植物中的精子細(xì)胞遞送與人和動物中的類似過程有許多相似之處。植物中的卵細(xì)胞深深地嵌入雌性組織中，因此，由雄性伴侶即花粉粒遞送精子細(xì)胞需要形成侵入雌性組織的突起。與人類對應(yīng)物相反，每株植物雄性僅遞送兩個(gè)精子細(xì)胞，并且該過程以其死亡結(jié)束。“這就是花朵形成如此多花粉粒的原因”該研究的資深作者Anja Geitmann說。這些微觀球體的生物學(xué)目的是將精子細(xì)胞從一朵花傳遞到另一朵花。

與動物精子細(xì)胞不同，植物精子細(xì)胞不能運(yùn)動，因此必須將它們直接遞送到卵細(xì)胞以進(jìn)行受精。因此，輸送器官的增長至關(guān)重要。雌花組織代表了花粉管必須通過其操縱的強(qiáng)大復(fù)雜的迷宮。對于定位至關(guān)重要，花粉管能夠遵循女性伴侶發(fā)出的指導(dǎo)線索。“我們長期以來一直懷疑這個(gè)過程不僅需要復(fù)雜的導(dǎo)航系統(tǒng)，還需要大量的力量，”Geitmann解釋說，“但這種單細(xì)胞產(chǎn)生多大的力量是未知的。”

康考迪亞大學(xué)教授Muthukumaran Packirisamy補(bǔ)充說：“從機(jī)械的角度來看，花粉管伸長的過程類似于用于血管成形術(shù)的球囊導(dǎo)管 - 力是基于氫化骨架原理或壓力下的流體產(chǎn)生的。設(shè)計(jì)了一個(gè)基于微觀懸臂的測量儀，花粉管必須用力推動，以便繼續(xù)伸長。“

該實(shí)驗(yàn)需要微系統(tǒng)技術(shù)，因?yàn)榛ǚ酃艿某叽绾苄。虼怂鼈冇糜趯?shí)現(xiàn)穿透的微小力量。在大花中，花粉管可以變成許多厘米長，但與花的大小無關(guān)，管的寬度只有5到20微米。作為比較，人的頭發(fā)通常為100微米厚。

該研究不僅用于定量測定花粉管的侵入力，還用于密切監(jiān)測其與物理對象相遇時(shí)的行為。研究人員觀察到，細(xì)胞的特征性振蕩生長模式通過與物理障礙物的接觸而顯著改變，導(dǎo)致他們懷疑管子能夠根據(jù)其遇到的機(jī)械阻抗感知并能夠適應(yīng)其生長力。單個(gè)細(xì)胞的這種可調(diào)和復(fù)雜的行為是令人著迷的，并且說明了生殖過程的復(fù)雜性，即使在植物中也是如此。

來自麥吉爾大學(xué)的團(tuán)隊(duì)正在努力進(jìn)一步表征花粉管的侵入行為，以了解細(xì)胞生長機(jī)制如何將生長方向引向其目標(biāo)，以及細(xì)胞如何與女性組織相互作用，而Concordia大學(xué)的團(tuán)隊(duì)繼續(xù)開發(fā)用于研究不同細(xì)胞行為和特性的芯片實(shí)驗(yàn)室。

鄭重聲明：本文版權(quán)歸原作者所有，轉(zhuǎn)載文章僅為傳播更多信息之目的，如有侵權(quán)行為，請第一時(shí)間聯(lián)系我們修改或刪除，多謝。

推薦內(nèi)容