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研究结果
1.GLRs形成Ca2+通透通道控制PT [Ca2+]cyt和生长
GLRs增加[Ca2+]cyt,导致质膜去极化,激活非选择性阳离子通道(NSCC)的活性;GLR特异抑制剂:DNQX 250 μM, CNQX 250 μM and AP-5 50 μM;对烟草花粉管生长速率抑制的效果:AP-5 > CNQX > DNQX;四种氨基酸处理:D-serine、glycine显着增加了生长速率, L-serine, L-glutamate对生长速率没有影响;花粉管尖端的质膜Ca2+通透的GLR通道被D-Ser诱导,被CNQX抑制。
2.GLR的活性控制[Ca2+]cyt
3.Atglr1.2和Atglr3.7敲除的植物有雄性生殖的表型
4.GLR1.2和GLR3.7控制通过拟南芥花粉管质膜的Ca2+流速
5.D-Ser在离体条件下对PT的生长有激活作用
注:PT是指花粉管;[Ca2+]cyt是指细胞质中的Ca2+浓度
讨论和结论
在花粉管尖端区域D-Ser激活GLRs,让Ca2+通透进入细胞质,因而通过调节Ca2+内流的强度和振荡的幅度影响Ca2+标签。
在植物提取物中测定了D-Ser的浓度(µM),免疫定位结果表明在植物组织中有强烈的浓度差异。然而,我们不能推翻丝氨酸消旋酶在其中的影响,之后的20min内脱水酶的活性超过消旋酶的活性。
动物的GLRs在中枢神经系统快速兴奋的神经传递过程中扮演着重要作用,包括神经发育中的神经可塑性,以及参与完整的认知过程,例如记忆和学习。这些数据解释了基于信号转导的氨基酸的保护作用,包括振荡。类似的通道通过影响Ca2+诱导的神经递质释放的特殊动力学特征来发挥作用。其他氨基酸(GABA)离子型受体共同参与了花粉-雌蕊的相互作用,因此我们得到了一个有趣的相似结果,即植物组织和器官中的细胞与细胞之间交流的机制多种多样,这种机制具有广泛的作用。
我们在花粉管中第一次报道了环核苷酸门控通道基因是不确定的Ca2+通道,这归功于花粉管中GLR通道和Ca2+振荡的生理作用,这种作用在振荡和花粉管形态建成之间建立了直接的关系。Ca2+振荡直接参与到保卫细胞Ca2+信号转导的编码过程中。这里我们证明他们在花粉管生理功能中也具有重要作用,但也不仅仅通过信号转导的产物控制花粉管的生长和在雌性组织间的导向。
进一步研究发现,花粉管生长模型可能揭示植物细胞和调控网络影响形态建成和Ca2+振荡的分子机制。
图注
Fig. 1. Whole-cell Ca2+ currents in tobacco pollen tube tip protoplasts. (A and B) Effects of D-Ser (1 mM) ± CNQX (86 μM), respectively, on currents recorded at V = 0 mV. The V protocol is presented in (A) (same time scale as current traces). (C) Average current changes of experiments as presented in (A) and (B) (n ≥ 3). (D and E) fast voltage-ramps (+80 to -60 mV) applied before (plain line) and after perfusion with D-Ser ± CNQX (dashed line) during the experiments presented in (A) and (B). +80 mV pulses preceded the voltage ramp. (F) Average shift of Erev shift induced by D-Ser, CNQX and D-Ser + CNQX treatments (n ≥ 3). Error bars indicate standard deviation.
烟草花粉管尖端原生质体的全细胞的Ca2+电流。
A和B,D-Ser(1mM)± CNQX (86 μM)对电流的影响,电流是在V = 0 mV时所记录的。D-Ser加入后增加了Ca2+电流,D-Ser和CNQX同时加入后减小了Ca2+电流,说明CNQX本身以及对D-Ser引起的Ca2+电流具有抑制作用。D-Ser, CNQX and D-Ser + CNQX影响了Erev的转变。