中國農(nóng)業(yè)大學資環(huán)學院劉來華教授課題組與葡萄牙里斯本大學J.A. Feijó教授合作的研究論文“谷氨酸受體類基因在花粉管中形成鈣離子通道且受雌蕊中的D-絲氨酸調(diào)控”（Glutamate Receptor–Like Genes Form Ca2+ Channels in Pollen Tubes and Are Regulated by Pistil D-Serine）以封面文章的形式發(fā)表在4月22日出版的SCIENCE雜志上。
胞質(zhì)中游離鈣離子濃度（[Ca2+]cyt）的升高或鈣振蕩是真核細胞信號轉(zhuǎn)導機制的最基本組成部分，它涉及到幾乎所有的生物學事件。然而，激發(fā)植物信號轉(zhuǎn)導的鈣離子通道的分子基礎(chǔ)一直未明確，長期以來被列為理論學術(shù)界極力研究和爭論的熱點。迄今，植物體中轉(zhuǎn)運鈣離子跨越細胞質(zhì)膜的載體尚未知。
我校和里斯本大學專家們運用藥理學、電生理學以及基因功能缺失的突變體等研究技術(shù)，首次在煙草和擬南芥中發(fā)現(xiàn)谷氨酸受體類離子通道（glutamate receptor–like channels, GLRs）利用D-絲氨酸（D-Serine）作為配體（ligand）而介導鈣離子的跨質(zhì)膜內(nèi)流，進而調(diào)節(jié)花粉管頂端細胞的[Ca2+]cyt梯度，最終影響花粉管的生長及其形態(tài)建成。研究還發(fā)現(xiàn)，在絲氨酸消旋酶基因被敲除的擬南芥突變體（SR1）中，野生型植物的花粉管在SR1雌蕊中的生長發(fā)生缺陷并伴以GLR（GLR1.2，GLR3.7）的鈣離子通道活性降低。上述研究成果首次闡明了高等植物GLR家族成員需要特定的配體物質(zhì)以開啟其鈣離子通道功能，以及與此直接關(guān)聯(lián)的系列分子生理學事件－胞質(zhì)鈣振蕩與花粉管發(fā)育；揭示了植物雄性配子體與雌蕊組織之間相互識別、生長適應的一種全新生物信號機理，此類似于動物神經(jīng)系統(tǒng)中普遍存在的由氨基酸開啟的信息交流機制。這不僅是植物分子生物學上的重大發(fā)現(xiàn)，而且對微生物學、動物學、生物醫(yī)學等其他領(lǐng)域的研究也具有重要的學術(shù)參考價值。在這篇SCIENCE文章中，我校為第三完成單位，劉來華教授為第八作者。
動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，氨基酸是神經(jīng)興奮信號的重要傳遞介質(zhì)。通常，谷氨酸、甘氨酸（Glu, Gly）作為配體與谷氨酸受體離子通道蛋白（iGLuR）專性結(jié)合，調(diào)節(jié)通道對陽離子如Ca2+ 、Ｋ＋、Ｎa＋ 等的運輸活性，從而實現(xiàn)對興奮信號的傳遞。神經(jīng)細胞的發(fā)育過程中，Glu等亦作為化學誘導物，通過與iGLR蛋白結(jié)合而開啟其離子通道功能，以引導神經(jīng)細胞的生長發(fā)育運動。基因組密碼的破譯及功能基因的預測表明谷氨酸受體基因普遍存在于微生物和動植物中。
擬南芥及水稻基因組中存在與動物的谷氨酸受體（iGluRs）相似的基因家族，即AtGLR, OsGLR, 此兩類家族均含有20個成員基因。據(jù)現(xiàn)有的研究報道推測，植物GLR可能參與許多重要的生物學過程，如：光信號傳遞，感應碳/氮平衡狀態(tài)，控制ABA等激素的生物合成，維持根尖分生細胞的活性，調(diào)控植物中的鈣離子流，應答多種環(huán)境脅迫等。然而，學術(shù)界迄今還未能在分子和生理（表型）水平上精確地闡明該基因家族中絕大多數(shù)成員應具有的生物學功能。
近年來，劉來華教授課題組與多國學者合作，已分離、鑒定、獲得了擬南芥中所有20個GLR基因的T-DNA純合型突變體，目前正運用各種分子生理學手段對AtGLR的生物學功能進行全面的剖析、鑒定。劉來華教授表示，課題組感謝相關(guān)部門和單位給予的支持，并歡迎國內(nèi)外同行的合作與指導，共同在這一研究領(lǐng)域取得更大的突破。 |
