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植物受精的“丘比特之箭”
发布时间:2016-04-13]  阅读次数:451次

来源:分析测试百科网

  最近,日本名古屋大学的一组科学家成功地发现了AMOR——一个糖链分子,可增加植物的受精效率。他们发现,AMOR负责激活花粉管,以促使受精。此外,通过生物学家和化学家们之间的合作,该研究小组已经合成了一种二糖,即双糖,其表现出与AMOR相同的属性。这一发现将带来研究的进步,提高植物受精效率以及碳水化合物化学研究。

  日本名古屋大学的Akane Mizukami 博士和Tetsuya Higashiyama教授,和他们的同事们,将这项研究结果发表在4月8日的《Current Biology》,在这项研究中,他们成功识别了一个可激活花粉管响应引诱剂分子(可促进植物的受精)的糖链。在今年3月份,该研究小组刚刚在《Nature》杂志发表论文,解开了植物成功受精之谜,相关阅读:Nature解开植物成功受精之谜。

  当花粉粒(雄性生殖器官)在雌蕊(雌性生殖器官)上萌发时,一条花粉管生长通过雌蕊。有许多研究表明,有一种化合物存在于雌蕊内,其激活花粉管响应受精引诱剂,就像雌性器官发出来的一种爱情魔药,来吸引雄性的性器官。然而,这种物质的实际性质一直是个谜。

  Higashiyama的研究团队和他的同事们使用夏堇(Torenia fournieri)作为一种模式植物,第一次成功识别出了花粉管的催化剂。这种催化剂是由阿拉伯半乳聚糖组成,这是一种特定的植物糖链。该研究小组将其命名为Activation Molecule for Response-Capability (AMOR),取自于拉丁语,意思“爱”和“丘比特”,从而说明其功能是把雌性和雄性器官聚合到一起,促进植物的受精。

  在这项研究中,该研究小组还报道称,在AMOR末端的两个糖单位,是负责花粉管激活有助于吸引分子的有效成分。因此,通过与合成化学家Jiao Jiao博士和Junichiro Yamaguchi博士合作,该研究团队合成了一种二糖,由甲基-葡糖醛酸和半乳糖联系在一起。他们发现,新合成的分子可激活花粉管响应引诱剂分子,并促使成功受精。

  Higashiyama说:“我们首次展示,这个末端二糖负责植物细胞之间的信号转导。这可能会促使开发新的方法,来提高植物受精效率,并为使用合成化学方法在植物中研究碳水化合物打开新的途径。”

  对于种子植物(被子植物)中的受精来说,花粉在雌蕊上授粉是非常必要的,其次是花粉管发芽和生长,穿过雌蕊,最终将精子细胞传递给包含卵细胞的胚珠。一旦经过雌蕊后,花粉管就接收各种物质,如植物激素和糖蛋白。

  在哺乳动物中,一种现象称为精子获能(sperm capacitation),其中精子被来自雌性器官的物质所激活,我们已经对此了解了很长一段时间。因此,许多研究正在探究其分子机制。同样在植物中,也报道过一种现象,其中花粉管接收卵细胞附近的两个助细胞产生的引诱剂分子,以增加它们的导管朝着卵细胞生长,并导致受精。然而,花粉管如何变得能够响应引诱剂的分子机制,尚不明确。

  本文共同作者Akane Mizukami指出:“在这项研究中,我使用了Torenia fournieri植物,来开发新实验,测试哪些因素导致花粉管获得对引诱剂分子的响应能力。”Torenia fournieri的独特之处在于,卵器——包含卵细胞和两个助细胞,突出于胚珠。

  Mizukami描述说:“通过这种方法测量Torenia花各个部分的活性,我们发现了AMOR——使花粉管获得响应助细胞产生的引诱剂分子的能力。”

  通过纯化AMOR,该研究小组发现,AMOR包含一个叫做阿拉伯半乳聚糖的糖链。此外,通过使用一种消化酶,在不同的部分特定切割阿拉伯半乳聚糖糖链,该研究小组发现,一种二糖——包含一种甲基-葡糖醛酸单位,位于阿拉伯半乳聚糖的末端,对于AMOR的活性是必不可少的。

  总而言之,这项新研究揭示了AMOR的存在,负责控制花粉管对引诱剂分子响应能力的糖分子,这对于植物成功受精是至关重要的。阿拉伯半乳聚糖糖链普遍存在于植物的细胞壁中,被认为参与细胞内的各种信号转导。然而,确定糖链上活跃位点的有效分析方法,尚未很好地建立起来,糖链结构的确切作用也没有完全阐明。


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