人神經(jīng)元中的谷氨酸受體對苔蘚繁殖是至關(guān)重要的

谷氨酸受體在人神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用?？茖W家們估計90%的人大腦突觸（即神經(jīng)元之間的連接）利用谷氨酸發(fā)送信號。類似的受體在沒有神經(jīng)系統(tǒng)的植物中的作用并未得到充分的理解。

在一項新的研究中，來自美國馬里蘭大學和葡萄牙古爾班基安科學研究所（Instituto Gulbenkian de Ciência）的研究人員揭示出谷氨酸受體樣蛋白（glutamate receptor-like proteins）在苔蘚植物中的兩種之前未知的作用：控制的運行以便找到卵子；調(diào)節(jié)受精卵發(fā)育。相關(guān)研究結(jié)果于2017年7月24日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標題為“Glutamate receptor-like channels are essential for chemotaxis and reproduction in mosses”。

論文通信作者、馬里蘭大學細胞生物學與分子遺傳學教授Jose Feijo說，“科學家們已證實植物的谷氨酸受體樣蛋白在花粉管生長和抵抗病原體中發(fā)揮著作用，但是我們發(fā)現(xiàn)這些受體之前未曾觀察到的全新功能。鑒于谷氨酸受體被認為僅在神經(jīng)傳遞中發(fā)揮作用，沒有人知道為何植物具有如此多的這些基因的拷貝。非常激動人心的是，這些基因可能在植物進化期間是保守的：介導有性繁殖中的細胞間通信。”

Feijo和他的合作者們在被稱作小立碗蘚（Physcomitrella patens）的苔蘚植物中測試了谷氨酸受體樣蛋白的功能，這是因為它僅含有兩個編碼這些蛋白的基因。另一方面，流行的模式植物擬南芥含有20個谷氨酸受體樣蛋白編碼基因。

在這些研究人員通過突變移除小立碗蘚中的這兩個谷氨酸受體樣蛋白編碼基因后，它們正常地生長，但是不能夠繁殖。原因在于這些植物突變體的不能夠到達頸卵器（archegonia）。頸卵器是苔蘚和蕨類植物等中的雌性器官，含有準備受精的卵子，并且分泌一種吸引的化學信號。

盡管正常的通過扭曲、翻滾和急轉(zhuǎn)彎發(fā)現(xiàn)頸卵器的入口，但是發(fā)生突變的能夠正常地游動，但是不能夠改變方向來找到卵子。此外，正常的能夠找到植物突變體的頸卵器，但是發(fā)生突變的不能夠找到頸卵器的位置。歸納在一起，這些發(fā)現(xiàn)提示著需要谷氨酸受體樣蛋白來翻譯頸卵器信號。

Feijo說，“這是比較重要的，這是因為谷氨酸受體通常存在于人體的很多非神經(jīng)元組織（包括）中，但是其中的原因是不清楚的。我們的結(jié)果給出了一種答案：游動的上的谷氨酸受體可能在進化上是保守的。”

在一些植物突變體中，偶然地發(fā)現(xiàn)頸卵器，讓卵子受精，產(chǎn)生孢子，但是這些孢子很快就會死掉。這些研究人員發(fā)現(xiàn)這些植物突變體并不產(chǎn)生發(fā)育所需的蛋白BELL1。給突變的孢子提供BELL1會導致正常的植物發(fā)育。這些結(jié)果提示著谷氨酸受體樣蛋白調(diào)節(jié)著BELL1蛋白的產(chǎn)生，而且可能是作為受精的第二個控制點進行調(diào)節(jié)的。

Feijo和他的合作者們也研究了苔蘚谷氨酸受體樣蛋白如何可能在植物中傳遞信號。他們發(fā)現(xiàn)這種谷氨酸受體樣蛋白作為一種允許鈣離子流過的通道發(fā)揮著作用。很多人類谷氨酸受體以相同的方式發(fā)揮功能，這提示著這種受體的植物版本和人類版本在平行進化期間保持著這種保守的功能。

下一步，F(xiàn)eijo計劃尋找這種植物受體的信號分子，而且他認為這種信號分子不是谷氨酸。此外，通過證實一種重要的神經(jīng)元受體與苔蘚中的一種受體相關(guān)聯(lián)，F(xiàn)eijo對利用植物研究神經(jīng)元功能充滿熱情。

Feijo說，“鑒于這些受體的復(fù)雜性和倫理問題，在人體中研究它們是比較困難的。但是如果我們能夠在植物中研究它們，那么我們可能解答基礎(chǔ)的細胞生物學問題，這可能有助我們理解更加復(fù)雜的功能，比如記憶、學習或神經(jīng)退行性疾病。