*受體類基因在花粉管中形成鈣離子通道且受雌蕊中的D-*調(diào)控

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資環(huán)學(xué)院劉來華教授課題組與葡萄牙里斯本大學(xué)J.A. Feijó教授合作的研究論文“*受體類基因在花粉管中形成鈣離子通道且受雌蕊中的D-*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(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制的zui基本組成部分，它涉及到幾乎所有的生物學(xué)事件。然而，激發(fā)植物信號轉(zhuǎn)導(dǎo)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(xué)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(xì)胞質(zhì)膜的載體尚未知。

我校和里斯本大學(xué)專家們運用藥理學(xué)、電生理學(xué)以及基因功能缺失的突變體等研究技術(shù)，在煙草和擬南芥中發(fā)現(xiàn)*受體類離子通道（glutamate receptor–like channels, GLRs）利用D-*（D-Serine）作為配體（ligand）而介導(dǎo)鈣離子的跨質(zhì)膜內(nèi)流，進(jìn)而調(diào)節(jié)花粉管頂端細(xì)胞的[Ca2+]cyt梯度，zui終影響花粉管的生長及其形態(tài)建成。研究還發(fā)現(xiàn)，在*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(xué)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(yīng)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(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)，而且對微生物學(xué)、動物學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等其他領(lǐng)域的研究也具有重要的學(xué)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，*、*（Glu, Gly）作為配體與*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(xì)胞的發(fā)育過程中，Glu等亦作為化學(xué)誘導(dǎo)物，通過與iGLR蛋白結(jié)合而開啟其離子通道功能，以引導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞的生長發(fā)育運動。基因組密碼的破譯及功能基因的預(yù)測表明*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*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(xué)過程，如：光信號傳遞，感應(yīng)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(xì)胞的活性，調(diào)控植物中的鈣離子流，應(yīng)答多種環(huán)境脅迫等。然而，學(xué)術(shù)界迄今還未能在分子和生理（表型）水平上地闡明該基因家族中絕大多數(shù)成員應(yīng)具有的生物學(xué)功能。

近年來，劉來華教授課題組與多國學(xué)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(xué)手段對AtGLR的生物學(xué)功能進(jìn)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(dǎo)，共同在這一研究領(lǐng)域取得更大的突破。