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Science子刊揭示植物新型信號機制

日期:2013-06-27 09:28:04

植物具有與人類和動物大腦中谷氨酸受體相似的受體。然而近日來自德國波鴻魯爾大學的生物化學家,與來自維爾茨堡大學和中國農業大學的同事們,發現這些受體并不識別谷氨酸,而是其他很多不同的氨基酸。該研究小組將這一研究發現報告在《科學信號》(Science Signaling)雜志上。

 

在擬南芥中谷氨酸樣受體識別許多的氨基酸

 

為了交換信息,細胞發出大量可被其他細胞受體識別的信號分子。15年前,研究人員在植物中發現了這些谷氨酸樣的受體(GLRs)。擬南芥總共有20GLRs成員。現在,由波鴻魯爾大學生物化學家Michael Hollmann教授和Daniel Tapken領導的一個研究小組,鑒別了其中一種GLR——AtGLR1.4的信號分子。“令人驚訝地是,這一受體并非只對一種氨基酸做出反應,而是對許多不同的氨基酸有反應,但谷氨酸并不包括在內,”Hollmann說。能夠做出最有效反應的是甲硫氨酸(methionine),這種氨基酸人類只能從食物中獲取,而植物可以自己生成它。當研究小組讓擬南芥發生突變,使其缺失AtGLR1.4受體時,它對甲硫氨酸則不再做出反應。

 

植物受體是一種離子通道

 

在某些方面,AtGLR1.4受體以與大腦中谷氨酸受體相似的方式起作用。它是一種離子通道,因此當被信號分子激活時,它會打開通道孔,讓各種正電荷離子流入到細胞內,從而觸發一種電信號。“這種受體的特別之處在于,并非所有的氨基酸與它結合,都會觸發電信號。與之相反,一些氨基酸通過從受體處移去甲硫氨酸,而抑制了電信號,”Daniel Tapken說。

 

尚不清楚植物中甲硫氨酸受體的功能

 

Tapken說:“目前仍然不清楚,為何植物能夠識別甲硫氨酸和類似的氨基酸。一種可能是,它以這種方式對含有氨基酸的環境中的營養物質做出反應。也有可能是,植物自身特異生成了氨基酸來發送信號——與人腦中的機制相似。”

 

在蛙卵細胞中分析表達的受體

 

為了開展分析,波鴻魯爾大學研究小組已從植物細胞中分離出了這一谷氨酸樣受體,將它導入到沒有相似受體的細胞——一個未受精蛙卵細胞中。Hollmann解釋說:“在植物中直接檢測這種受體幾乎是不可能的事。在植物中同時有如此多的過程在運作,篩查出關鍵的信號非常的困難。”

 


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