中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資環(huán)學(xué)院劉來(lái)華教授課題組與葡萄牙里斯本大學(xué)J.A. Feijó教授合作的研究論文“谷氨酸受體類(lèi)基因在花粉管中形成鈣離子通道且受雌蕊中的D-絲氨酸調(diào)控”（Glutamate Receptor–Like Genes Form Ca2+ Channels in Pollen Tubes and Are Regulated by Pistil D-Serine）以封面文章的形式發(fā)表在4月22日出版的SCIENCE雜志上。
胞質(zhì)中游離鈣離子濃度（[Ca2+]cyt）的升高或鈣振蕩是真核細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的最基本組成部分，它涉及到幾乎所有的生物學(xué)事件。然而，激發(fā)植物信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的鈣離子通道的分子基礎(chǔ)一直未明確，長(zhǎng)期以來(lái)被列為理論學(xué)術(shù)界極力研究和爭(zhēng)論的熱點(diǎn)。迄今，植物體中轉(zhuǎn)運(yùn)鈣離子跨越細(xì)胞質(zhì)膜的載體尚未知。
我校和里斯本大學(xué)專(zhuān)家們運(yùn)用藥理學(xué)、電生理學(xué)以及基因功能缺失的突變體等研究技術(shù)，首次在煙草和擬南芥中發(fā)現(xiàn)谷氨酸受體類(lèi)離子通道（glutamate receptor–like channels, GLRs）利用D-絲氨酸（D-Serine）作為配體（ligand）而介導(dǎo)鈣離子的跨質(zhì)膜內(nèi)流，進(jìn)而調(diào)節(jié)花粉管頂端細(xì)胞的[Ca2+]cyt梯度，最終影響花粉管的生長(zhǎng)及其形態(tài)建成。研究還發(fā)現(xiàn)，在絲氨酸消旋酶基因被敲除的擬南芥突變體（SR1）中，野生型植物的花粉管在SR1雌蕊中的生長(zhǎng)發(fā)生缺陷并伴以GLR（GLR1.2，GLR3.7）的鈣離子通道活性降低。上述研究成果首次闡明了高等植物GLR家族成員需要特定的配體物質(zhì)以開(kāi)啟其鈣離子通道功能，以及與此直接關(guān)聯(lián)的系列分子生理學(xué)事件－胞質(zhì)鈣振蕩與花粉管發(fā)育；揭示了植物雄性配子體與雌蕊組織之間相互識(shí)別、生長(zhǎng)適應(yīng)的一種全新生物信號(hào)機(jī)理，此類(lèi)似于動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)中普遍存在的由氨基酸開(kāi)啟的信息交流機(jī)制。這不僅是植物分子生物學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)，而且對(duì)微生物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等其他領(lǐng)域的研究也具有重要的學(xué)術(shù)參考價(jià)值。在這篇SCIENCE文章中，我校為第三完成單位，劉來(lái)華教授為第八作者。
動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，氨基酸是神經(jīng)興奮信號(hào)的重要傳遞介質(zhì)。通常，谷氨酸、甘氨酸（Glu, Gly）作為配體與谷氨酸受體離子通道蛋白（iGLuR）專(zhuān)性結(jié)合，調(diào)節(jié)通道對(duì)陽(yáng)離子如Ca2+ 、Ｋ＋、Ｎa＋ 等的運(yùn)輸活性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)興奮信號(hào)的傳遞。神經(jīng)細(xì)胞的發(fā)育過(guò)程中，Glu等亦作為化學(xué)誘導(dǎo)物，通過(guò)與iGLR蛋白結(jié)合而開(kāi)啟其離子通道功能，以引導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育運(yùn)動(dòng)?；蚪M密碼的破譯及功能基因的預(yù)測(cè)表明谷氨酸受體基因普遍存在于微生物和動(dòng)植物中。
擬南芥及水稻基因組中存在與動(dòng)物的谷氨酸受體（iGluRs）相似的基因家族，即AtGLR, OsGLR, 此兩類(lèi)家族均含有20個(gè)成員基因。據(jù)現(xiàn)有的研究報(bào)道推測(cè)，植物GLR可能參與許多重要的生物學(xué)過(guò)程，如：光信號(hào)傳遞，感應(yīng)碳/氮平衡狀態(tài)，控制ABA等激素的生物合成，維持根尖分生細(xì)胞的活性，調(diào)控植物中的鈣離子流，應(yīng)答多種環(huán)境脅迫等。然而，學(xué)術(shù)界迄今還未能在分子和生理（表型）水平上精確地闡明該基因家族中絕大多數(shù)成員應(yīng)具有的生物學(xué)功能。
近年來(lái)，劉來(lái)華教授課題組與多國(guó)學(xué)者合作，已分離、鑒定、獲得了擬南芥中所有20個(gè)GLR基因的T-DNA純合型突變體，目前正運(yùn)用各種分子生理學(xué)手段對(duì)AtGLR的生物學(xué)功能進(jìn)行全面的剖析、鑒定。劉來(lái)華教授表示，課題組感謝相關(guān)部門(mén)和單位給予的支持，并歡迎國(guó)內(nèi)外同行的合作與指導(dǎo)，共同在這一研究領(lǐng)域取得更大的突破。 |
