Męskie i żeńskie organy roślin komunikują się tak jak komórki mózgowe
Według wyników badań przeprowadzonych przez naukowców z Portugalii męskie i żeńskie organy roślin komunikują się w taki sam sposób jak komórki mózgowe. Raport z badań opublikowany w magazynie Science objaśnia, w jaki sposób pyłek zawierający gamety męskie komunikuje się z żeńskim organem rośliny wykorzystując mechanizm powszechnie obserwowany w układzie nerwowym zwierząt. Zdaniem naukowców te wyniki ujawniają nowy mechanizm leżący u podstaw rozmnażania się roślin i otwierają nową, interesującą drogę w badaniach nad zachowaniem komunikacji międzykomórkowej wśród zwierząt i roślin. Rozmnażanie się roślin jest złożonym i wysoce skoordynowanym procesem. Ziarenka pyłku zawierające gamety męskie (plemniki) przenoszone są z męskiego organu kwiatu (pręcika) na organ żeński (słupek). Tutaj pyłek kiełkuje i wytwarza łagiewkę pyłkową, która wydłuża się i jest kierowana do zalążni, gdzie uwalnia spermę. Sperma łączy się z komórkami jajowymi, dając początek zalążkowi, części nasienia. W ramach opisywanych badań naukowcy z Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC) badali rozwój łagiewek pyłkowych w słupku. Według nich, chociaż biologowie obserwowali przez wiele lat regularne wahania w kilku parametrach kontrolujących wzrost łagiewek pyłkowych, faktyczne kanały molekularne kontrolujące te wahania i ich fizjologiczną wydajność pozostały nieuchwytne. Dr José Feijó, kierownik zespołu w IGC i profesor Uniwersytetu w Lizbonie, wraz z kolegami wypełnił tę lukę w wiedzy dzięki odkryciu, że w przypadku tytoniu i chwastu Arabidopsis wahania jonów wapnia w rosnących łagiewkach pyłkowych są ułatwiane przez kanały zwane receptorami glutaminianowymi (GLR). Co więcej, naukowcy odkryli, że kanały te są otwierane, pośród innych komponentów, przez rzadki aminokwas zwany D-seryną (D-Ser). Zarówno D-Ser, jak i GLR nie występują wyłącznie w roślinach, bowiem są to kluczowe molekuły w komunikacji międzykomórkowej w ośrodkowych układach nerwowych zwierząt. Odgrywają główną rolę w procesach pamięciowych i uczenia się w mózgu, jak również mają swój udział w szerokim zakresie chorób neurozwyrodnieniowych, takich jak stwardnienie rozsiane, choroba Alzheimera, choroba Huntingtona czy inne. "A teraz, co zaskakujące, biorą udział w rozmnażaniu się roślin" - zauważają naukowcy. Zespół wykorzystał szeroko zakrojone połączenie technik genetycznych, farmakologicznych i elektrofizjologicznych, aby ujawnić rolę genów receptora glutaminianowego (GLR) i D-seryny w ziarenkach pyłku oraz ich oddziaływanie fizjologiczne na rozmnażanie się roślin. Wykazując że GLR to kanały wapniowe, zespół rozwikłał również zagadki, z którymi borykano się od dawna w biologii roślin, a mianowicie charakter molekularny kanałów wapniowych w zewnętrznej błonie komórek roślinnych. Naukowcy ujawnili również funkcje genów GLR w roślinach, nad czym głowili się biologowie od czasu przeprowadzenia sekwencjonowania pierwszego genomu rośliny modelowej Arabidopsis. Analizy zespołu wykazały, że osłabienie funkcji GLR w gametach męskich prowadzi do częściowej niepłodności męskiej - roślina produkuje więcej nasienia, a łagiewki pyłkowe są nieprawidłowe. Jeżeli chodzi o D-serynę, zespół odkrył, że aktywuje ona GLR na końcówkach łagiewek pyłkowych, umożliwiając wpływ jonów wapnia do łagiewki. Naukowcy posunęli swoje badania o krok naprzód, wykazując że D-seryna jest rzeczywiście wytwarzana w żeńskich organach płciowych, a jej brak w tych organach również prowadzi do zdeformowania łagiewek pyłkowych. Łącznie odkrycia te zdecydowanie sugerują, że D-seryna wytwarzana w żeńskich organach płciowych może odgrywać rolę w kierowaniu łagiewek pyłkowych do ich ostatecznego celu. Dr José Feijó zauważa, że "łagiewki pyłkowe stanowią układ modelowy dla komórek wzrostu szczytowego - procesu występującego powszechnie w Schizosaccharomyces pombe, grzybach strzępkowych, włośnikach roślin i komórkach nerwowych". Stwierdził, że praca jego grupy "obejmując analogiczne geny w procesach wzrostu roślin i zwierząt, uwydatnia sposób, w jaki ewolucja wielokrotnie wykorzystuje skuteczne mechanizmy". Dr Feijó zauważył, że badania "przeprowadzone na Arabidopsis i tytoniu otwierają teraz drogę przed analizą zachowanych procesów komunikacji międzykomórkowej wśród różnych gatunków roślin i zwierząt".Więcej informacji: Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC): http://www.igc.gulbenkian.pt/ Science Express: http://www.sciencemag.org/content/early/recent
Kraje
Portugalia