Рецепторы для нейронной коммуникации у человека жизненно важны для размножения мхов

Глутаматные рецепторы играют центральную роль в нервной системе человека. Ученые считают, что 90% синапсов (соединений между нейронами) в мозге человека передают сигналы с помощью глутамата. Роль похожих рецепторов у растений, не имеющих нервной системы, до конца не изучена.

Новое исследование под руководством Хосе Фейжо, профессора клеточной биологии и молекулярной генетики Университета Мэриленда, выявило две ранее неизвестные роли глутамат-рецептор-подобных белков у растений: управление навигацией сперматозоидов для поиска яйцеклеток и регуляция развития оплодотворенных яйцеклеток. Работа опубликована в журнале Nature 24 июля 2017 года.

Ученые протестировали функцию глутамат-рецептор-подобных белков у мха Physcomitrella patens, так как он содержит только два гена, кодирующих эти белки. У популярной модели растения Arabidopsis thaliana таких генов 20.

После того как исследователи удалили два гена путем мутации, мхи росли нормально, но не размножались. Причина: сперматозоиды мутантных растений не достигали архегониев — женских органов, содержащих яйцеклетки и выделяющих химический сигнал для привлечения сперматозоидов.

• Нормальные сперматозоиды извивались и резко меняли направление, чтобы найти вход в архегоний.
• Мутантные сперматозоиды плыли нормально, но не меняли направление.
• Нормальные сперматозоиды находили архегонии мутантных растений, а мутантные — не могли найти нормальные.

Это указывает, что сперматозоидам нужны глутамат-рецептор-подобные белки, чтобы интерпретировать сигнал архегония.

В некоторых мутантных растениях сперматозоиды случайно находили архегонии, оплодотворяли яйцеклетки и создавали споры, но споры вскоре погибали. Исследователи обнаружили, что мутантные растения не производили белок BELL1, необходимый для развития. Добавление BELL1 к мутантным спорам приводило к нормальному развитию растения. Результаты предполагают, что глутамат-рецептор-подобные белки регулируют производство белка BELL1.

Ученые также выяснили, что белок мха ведет себя как канал, пропускающий ионы кальция. Многие человеческие глутаматные рецепторы функционируют так же, что указывает на консервацию этой функции в ходе параллельной эволюции.

В дальнейшем Фейжо планирует найти сигнальную молекулу для растительного рецептора (он считает, что это не глутамат). Он также видит потенциал в использовании растений для изучения нейронных функций, учитывая сложность и этические проблемы работы с человеческими рецепторами.

Исследование: "Glutamate Receptor-like channels are essential for chemotaxis and reproduction in mosses", Carlos Ortiz-Ramirez, Erwan Michard, Alexander Simon, Daniel Damineli, Marcela Hernandez-Coronado, Jorg Becker and Jose Feijo, Nature, 24 июля 2017.