植物细胞与动物神经元有着奇怪且令人惊讶的亲缘关系：许多植物细胞具有与谷氨酸受体非常相似的蛋白质，这有助于将神经信号从一个神经元传递到另一个神经元。虽然植物缺乏真正的神经系统，但先前的研究表明，植物需要这些谷氨酸受体样蛋白(GLRs)来做重要的事情，如交配，生长和防御疾病和害虫。

由马里兰大学研究人员领导的一项研究提出了GLR在植物细胞中如何发挥作用的新模型。通过与拟南芥花粉细胞的合作，研究人员发现GLR构成了单个植物细胞内复杂通信网络的基础。他们的研究结果还表明，GLR依赖另一组蛋白质，称为“cornichon”蛋白，将GLR穿梭到不同的位置并调节每个细胞内的GLR活性。

研究发现，在玉米离子蛋白的帮助下，GLR可以作为精确控制钙离子浓度的阀门 - 这是细胞内各种结构内许多细胞通讯途径的重要方面。这项研究可以为许多关于植物和动物细胞间通讯的新研究提供信息，这些研究刊载于2018年5月4日的“科学”杂志封面。来自葡萄牙GulbenkiandeCiência研究所和墨西哥国立自治大学的研究人员共同撰写了这项研究。

“钙浓度是所有细胞内最重要的参数之一。它受到良好的调节，允许细胞编码信息。换句话说，钙是细胞通讯的通用语言，”细胞生物学教授JoséFeijó说。和UMD的分子遗传学以及该研究的资深作者，指出钙对动物神经元的功能也至关重要。“我们的研究结果表明，GLR在植物的这种基本通讯系统中发挥作用，我们还提出了一种机制，用于研究系统在植物细胞中的作用。”

GLR与动物谷氨酸受体之间的相似性表明，这些蛋白质可追溯到共同的祖先 - 一种产生动物和植物的单细胞生物。然而，Feijó注意到GLR与动物神经元中的对应物之间存在一些重要差异。

首先，谷氨酸 - 人脑中最常见的神经递质 - 在植物系统中不起主要作用。此外，虽然谷氨酸受体已知位于动物神经元的外表面，但Feijo早期的一些实验表明GLR可能位于植物细胞内的各种结构上。

“这将是不断解释我们得到的结果的唯一方法，”Feijó说。“我们的结果表明，GLR确实被重新分配到植物细胞内的其他区室，形成了一个复杂的网络，可以协调调节钙浓度并使钙信号传导。这是一种新的见解，为了解植物中的钙信号传导打开了全新的途径。”

Feijó和Michael Wudick是UMD细胞生物学和分子遗传学的博士后研究员，也是该论文的第一作者，他怀疑植物细胞使用特定的机制来控制整个细胞中GLR的位置。这导致Wudick研究了与动物谷氨酸受体活性相关的cornichon蛋白质。Feijo说，最初在果蝇中发现的玉米穗蛋白以腌渍状外观命名，特定的玉米穗基因突变赋予果蝇胚胎。

在他们对拟南芥花粉细胞的实验中，Feijó的研究小组发现，cornichon蛋白在细胞内从一个位置到另一个位置主动穿梭GLR，使细胞内的各个区域保持不同的钙离子浓度。Cornichons还充当GLR的守门员，响应于细胞内部条件的变化，像阀门一样关闭和打开受体分子。

总而言之，该团队的研究结果表明植物细胞通讯的模型不同于动物中的任何物种。虽然动物神经元使用谷氨酸受体从细胞到细胞传导信号，但Feijó认为植物依赖于在单细胞水平上运作的传播策略。

“为什么植物应该具有使神经元起作用的受体?我们的研究结果支持单个植物细胞具有动物细胞不具备的自主水平的观点，”Feijó说。“例如，每个植物细胞都有自己的免疫系统。它们有更多的沟通渠道来处理它们被卡住的事实。每个开花植物都比动物有谷氨酸受体的GLR更多。我们提出的植物细胞通讯模型提出了丰富的GLR的一个原因。“

Feijó说，在解码植物通讯方面的进一步进展可能会导致可靠的测试，以诊断疾病，营养缺乏和植物中的其他疾病。这些措施有助于确保粮食安全，因为气候变化和其他压力因素开始对主要农作物造成损害。

Feijó还指出，对GLR的更深入了解可以揭示动物谷氨酸受体及其缺陷的新见解，这可能是某些神经退行性疾病的原因。

“有些研究人员认为神经变性是由过度活跃的谷氨酸受体引起的。这种情况尚未解决，但人类和狗的某些情况与谷氨酸受体基因的突变有关，”Feijó说。“我们的模型可能有助于调查这些条件。优点是我们的协议非常易于使用。”

研究论文“CORNICHON分类和调节GLR通道是花粉管Ca2 +稳态的基础”，Michael Wudick，Maria Teresa Portes，Erwan Michard，Paul Rosas-Santiago，Michael Lizzio，CustódioOliveiraNunes，CláudiaCampos，Daniel Santa Cruz Damineli，Joana Carvalho，Pedro Lima，Omar Pantoja和JoséFeijó于2018年5月4日出版的“科学”杂志上发表。