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Cell:神经递质途径调解安慰剂效应

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开花植物天生知道何时它们需要备用或毁灭它们的细胞。在发表在《细胞》(Cell)杂志上的一项新研究中,来自名古屋大学多变生物分子研究所(ITbM)和其他研究机构的一个国际植物生物学家研究小组,通过活细胞成像检测了植物细胞的胚珠,揭示出了基于不同寻常的细胞融合的一种新型细胞消除系统。由此阐明了开花植物在成功受精后防止进一步吸引多个花粉管的机制。


名古屋大学多变生物分子研究所的Daisuke Maruyama博士和Tetsuya Higashiyama教授,与他们的国际研究小组一起通过活细胞成像技术证实了,诸如拟南芥一类的开花植物会通过细胞融合来阻止受精后吸引第二个花粉管。由于存在较坚硬的细胞壁,在植物细胞中细胞融合极为罕见。迄今为止只观察到另外两个植物细胞融合的例子,并且从发现受精过程中两种配子之间发生两细胞融合至今已过去了110多年。这项新研究报告了发生在开花植物正常发育过程中的第三种植物细胞融合事件。


这项发表在4月23日Cell杂志上的研究,概述了植物细胞之间通讯的复杂机制,在成功受精后一种不同寻常的细胞融合选择性消除了负责吸引花粉管的细胞。该研究揭示出植物启动了一类新型的细胞融合破坏了一种特殊的细胞,并阐明了开花植物有性生殖的进化。


开花植物是通过雌配子(生殖细胞)与雄配子受精来进行有性生殖。一旦在柱头上成功授粉,花粉管会通过雌蕊向下朝着子房生长。在包括拟南芥在内的大多数开花植物中成熟胚珠,包含有由2个助细胞、1个卵细胞、1个中央细胞和3个反足细胞构成的一个7细胞胚囊。一对助细胞定位在卵细胞的附近,Higashiyama研究小组在2011年报告称发现,助细胞是吸引花粉管朝着胚珠的必要条件。花粉管通过珠孔进入到胚珠中。


开花植物通过让花粉管穿过助细胞(退化助细胞),随后花粉管破裂将两个精细胞释放到胚囊中完成双受精。两个精细胞分别与卵细胞和中央细胞受精生成胚和胚乳,最终发育为种子。一旦发生受精,第二种助细胞(宿存助细胞)会在成功受精数小时内退化。因此,其他的花粉管无法再接近受精子房,这一机制称作为“polytubey阻断”( polytubey的意思就是一个胚珠接受多个花粉管)。另一方面,倘若受精失败,第二助细胞会继续存留,吸引第二花粉管补救早先的受精失败。


研究的领导者、第一作者、名古屋大学助理教授Daisuke Maruyama说:“尽管已经确定了助细胞的作用,我们却并没有确切地认知在成功受精的情况下宿存助细胞是如何退化及诱导polytubey阻断机制的。通过高度敏感的活细胞成像检测拟南芥胚珠,我们看到了两个雌配子成功受精触动了宿存助细胞和胚乳之间一种从所未有细胞融合(SE融合),这最终导致了宿存助细胞失活。”


由中央细胞受精诱导的SE融合引起了宿存助细胞中预先分泌的花粉管引诱剂快速稀释。投射电子显微镜检查未受精的胚珠揭示在助细胞中和中央细胞壁之间有一层非常薄的细胞壁,他们猜想这是细胞壁快速瓦解的必要条件。SE融合似乎控制了宿存助细胞细胞核消除,在SE融合后与胚乳增殖同步发生了宿存助细胞细胞核的瓦解。他们还观察到宿存助细胞和胚乳之间连贯的细胞质,为两细胞融合提供了证据。另一方面,卵细胞受精强有力地激活了乙烯信号,也诱导了宿存助细胞中细胞核的选择性瓦解。因此,通过协同的SE融合和乙烯信号宿存助细胞完全丧失了它的花粉管吸引功能。


Maruyama说:“2012年当我们看到宿存助细胞和胚乳之间发生了细胞融合时感到非常的兴奋。于是我们继续观察了这一现象以了解其机制,由此发现了一个独特的三步polytubey阻断机制:卵细胞和中央细胞协同发挥关键作用,通过细胞融合及随后的细胞核瓦解除去了宿存助细胞。”


Maruyama和Higashiyama的研究解开了开花植物在成功受精后一个复杂的阻止进一步受精的关闭机制。雌配子的双受精触动了一种不同寻常的细胞融合及特异的细胞瓦解失活了负责吸引花粉管的细胞。有意思的是,当第一个花粉管受精失败时开花植物能够取消这种polytubey阻断机制。因此,这使得能够吸引第二个花粉管,恢复受精的机会。


Maruyama说:“我们成功揭示了开花植物细胞中由初始受精引起的一种独特的细胞融合机制。我们认为这一研究发现清楚地阐明了一些细胞融合事件,并进一步认识了植物中的受精机制。这有可能促使开发出一些新的途经来提高植物受精成功率,这或许会在农业生产中得到应用。”


原文链接:Rapid elimination of the persistent synergid through a cell fusion mechanism


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