研究发现新植物机制：拟南芥减数分裂退出由P体介导翻译抑制驱动

发表于 2年以前 | 总阅读数：602 次

这一机制涉及基本调节成分的动态定位，进入类似液滴的细胞内凝结物。这一过程跟种子生产直接相关并可能为产生能承受更恶劣环境条件的更可持续的作物提供新的途径。这些发现最近发表在著名的《科学》上。

细胞不是静止的东西，它们从一种类型变化到另一种类型。某种基因集合的激活影响着细胞如何专门完成特定的任务及它们何时分裂或分化。像Albert Cairó和Karel Riha这样的细胞生物学家使用复杂的科学方法组合来研究植物的微观世界。细胞生物学目前正在经历一场革命，细胞组织的传统观点被扩展到新的领域。

“现在我们知道，细胞不仅包含由膜划定的传统细胞器，而且许多分子过程被限制在不太明确的无膜细胞器内，也称为生物分子凝聚物(biocondensates)。在过去十年时间里，这些生物凝集物的重要性开始被认识。这项研究的论文第一作者Albert Cairó解说道：“我们现在通过展示一种特定类型的生物凝集物如何在减数分裂结束时形成并抑制蛋白质的合成并对这一领域做出了贡献。”

“这一方面终止了减数分裂过程，但另一方面，它标志着遗传上不同的一代细胞的开始，”Cairó补充道。但这还不是全部。研究小组认为，类似的机制也在其他生物体和细胞环境中发挥作用，其中包括细胞分化或压力反应。

Karel Riha实验室成员的发现可能会产生巨大的社会影响。

"我们生活在一个气候紧急的状态中。即使植物能抵抗巨大的各种压力，包括高温和干旱，它们的发育和繁殖也会受到严重的损害。这意味着我们面临着农作物大幅减产的风险，而这恰恰是在必须增加产量以满足人类需求的时候。这就是为什么植物研究现在应该成为优先事项之一，"通讯作者和研究小组负责人Karel Riha解说道。

该实验室的主要任务是阐明跟植物繁殖和种子形成密切相关的基本生物过程，在许多农作物中，这意味着产量。

“研究结果表明，生物分子凝结物在植物生育中发挥着重要作用，它们的行为可能跟环境压力有关。因此，很明显，我们的发现是开发新的解决方案的第一步，从而在更苛刻的条件下实现持续的作物生产，”Albert Cairó解说道。

该团队必须执行的技术方法确实令人钦佩，在《科学》上发表的这项研究让人放心，Riha的实验室正在朝着正确的方向发展。

通往发现的道路

研究模式植物拟南芥的减数分裂是特别具有挑战性的。研究小组专注于隐藏在0.1-0.4毫米小花蕾中的非凡和罕见的细胞。此外，作为研究重点的减数分裂阶段发生得很快--整个过程需要五到六个小时。因此，它们不容易被捕获。研究小组必须使用最先进的技术和相当一部分的创造力和想象力来调查这一过程。

Riha的团队必须建立对花药（雄蕊中包含花粉的部分）内部减数分裂的活体成像条件。该团队使用了先进的显微镜并成为世界上能够现场观察植物减数分裂的两个实验室之一。该团队获得的另一项重要专业知识是掌握了原生质体技术。原生质体是被剥夺了周围细胞壁的孤立的植物细胞，这使得它们易于在显微镜下进行遗传操作和可视化。这项技术使该团队能比使用减数分裂细胞更快速有效地阐明一些问题。

Anna Vargova为理解新描述的复杂机制做出了重大贡献。Pavlina Mikulkova在使用Lightsheet显微镜对减数分裂进行活体细胞成像时提供了专业知识并伸出了她的魔法之手。该研究团队得到了CEITEC核心设施CELLIM和植物科学核心设施的支持。这项研究历时8年多，由捷克教育、青年和体育部资助的REMAP项目提供资金。“如果没有我们的长期资助，要发展这样一个复杂的项目是非常困难的。事实上，一度感觉我们的极限只是我们的想象力，我相信这对我们意义深远的发现至关重要，”Albert Cairó说道。