Forskere identificerer et par receptorer, der er essentielle for kommunikation mellem han-hunplanter

To grupper af plantemolekylærbiologer, ved University of Massachusetts Amherst og Peking University, Kina, har længe undersøgt, hvordan pollenrør og pistiller, de mandlige og kvindelige dele af blomster, kommunikere for at opnå befrugtning i planter. I dag beretter de i en Videnskab tidlig udgivelsespapir, at de har identificeret et par receptorer, der er afgørende for disse kommunikationer, såvel som molekyler, der modulerer receptorernes aktivitet.

Arbejdet, i modelanlægget Arabidopsis , fremmer grundlæggende forståelse for plantens reproduktion, siger Alice Cheung og Hen-Ming Wu på UMass Amherst, med Li-Jia Qu og Hongya Gu i Kina. Forskerne navngav de to nye receptorer Buddha Paper Seal 1 og 2 (BUPS1/2). Deres papir identificerer også flere små peptider kendt som Rapid Alkalinization Factors (RALF) 4, 19 og 34 som deres ligander - molekyler, der modulerer receptorernes funktioner.

Yderligere, forfatterne beskriver, hvordan BUPS1/2 og et andet par relaterede receptorer kaldet ANXUR 1 og 2 (ANX1/2), og RALF 4 og 19, alt udtrykt i pollenrøret og nødvendigt for mandlig fertilitet, interagere sammen for at få deres job gjort.

Cheung siger, "Vores papir beskriver en vigtig udvikling af det mandlige og kvindelige interaktionsnetværk i plantereproduktion. Molekyler, der er involveret i processen, skal arbejde tæt sammen for at orkestrere og understøtte de mandlige og kvindelige interaktive begivenheder. I denne proces vokser pollenrøret inde i pistillen, ofte over afstande, der er hundreder eller tusinder af gange større end rørets diameter, at levere sædceller til målægcellen. Pollenrøret skal forblive intakt under hele denne rejse, men skal derefter bryde op på præcis det rigtige tidspunkt og sted, når det når målet for at frigive sæd til befrugtning. At briste for tidligt eller undlade at briste, når det skulle, er både ødelæggende for reproduktionen."

De to forskergrupper fandt ud af, at receptorerne og RALF4 og 19 er nødvendige for at bevare pollenrørets integritet under vækstprocessen. De viser også, at RALF34, udtrykt fra kvinden, letter sprængningsprocessen, sammen med nogle kendte og andre endnu ikke identificerede faktorer. De demonstrerer, hvordan disse molekyler interagerer med hinanden, illustrerer en "intrigant kommunikationsmekanisme" mellem mand og kvinde til at producere frø, siger Cheung.

Hun tilføjer, "Ved at vise, hvordan receptorer og deres ligander arbejder sammen for at sikre reproduktiv succes, vores arbejde belyser en af ​​de mest mystiske processer i biologi."

Plantereproduktionsforskningssamfundet har en tradition for at navngive vigtige gener fra gammel mytologi, siger biologen. For eksempel, et gen, som hendes gruppe også arbejder på, FERONIA, er opkaldt efter den romerske gudinde for frugtbarhed. Forskerne navngav de nye faktorer Buddha papirsæl 1 og 2 efter en kinesisk fortælling om en fræk abe holdt under en sten i 400 år af en charmeret papirsæl. Da en venlig munk, der gik forbi, brød forseglingen, aben brød ud, hvilket er, hvad forskerne blev mindet om, da de så, hvordan pollenrøret eksploderer for at frigive sæd og muliggøre befrugtning.

Dette arbejde fortsætter Cheung-Wu-gruppens mange års forskning i plantereproduktion, især på FERONIA, en receptor relateret til BUPS'er og ANXUR'er, der spiller en stor rolle i at kontrollere planters kvindelige fertilitet i udviklingen og i håndtering af miljøbelastninger.

"Det er faktisk meget interessant, "siger Cheung." Pollenrøret transporterer sædceller til kvindelige målceller. FERONIA venter der på, at pollenrøret kommer. BUPS, ANXURs, RALF 4 og 10 i pollenrøret sørger for, at røret ikke brister for tidligt, men vent, indtil den kommer til den kvindelige målcelle. Der brister røret brat, en handling kontrolleret af FERONIA og delvist formidlet af et andet sæt RALF'er, frigivelse af sæd på det rigtige tidspunkt og sted."

Holdet brugte en kombination af omvendt genetik, biokemiske og biofysiske tilgange til dette arbejde, i samarbejde ikke kun med den kinesiske gruppe, men også involverede efterforskere fra Brasilien, Tyskland, USA og Mexico. Cheung siger, at US National Science Foundation's Research Coordination Network in Integrative Pollen Biology, hvor hun er hovedefterforsker, leverede katalysatoren og forummet, der stimulerede disse internationale interaktioner.

Hun tilføjer, "Jeg vil understrege dette arbejde som et samarbejde. Vi og Peking University-gruppen, nære kolleger med fælles interesser, arbejdede sideløbende med nogle af emnerne i dette papir uden at kende til hinandens indsats. I en diskussion en dag fandt vi ud af, at vi havde fælles resultater, men hver gruppe havde også genereret unikke observationer og udviklet særskilt indsigt, så vi besluttede at slå vores indsats sammen og udgive i fællesskab."

Hun tilføjer, "I mine tanker, denne form for samarbejde er sandsynligvis den bedste form for videnskabelig interaktion. Som videnskabsmænd, vi værdsætter vores egen uafhængighed og kreativitet. Selv med almindelige resultater, vores tankegang kan afvige, får hvert hold til at undersøge yderligere i forskellige retninger, at komme til endepunkter, der supplerer hinanden. Dette samarbejde er ikke et spørgsmål om forskellig ekspertise, men et spørgsmål om fælles interesse og nysgerrighed, der tog os i forskellige retninger, som til sidst kom sammen igen i en komplet historie."