中国农业大学资环学院刘来华教授课题组与葡萄牙里斯本大学J.A. Feijó教授合作的研究论文“谷氨酸受体类基因在花粉管中形成钙离子通道且受雌蕊中的D-丝氨酸调控”（Glutamate Receptor–Like Genes Form Ca2+ Channels in Pollen Tubes and Are Regulated by Pistil D-Serine）以封面文章的形式发表在4月22日出版的SCIENCE杂志上。
胞质中游离钙离子浓度（[Ca2+]cyt）的升高或钙振荡是真核细胞信号转导机制的最基本组成部分，它涉及到几乎所有的生物学事件。然而，激发植物信号转导的钙离子通道的分子基础一直未明确，长期以来被列为理论学术界极力研究和争论的热点。迄今，植物体中转运钙离子跨越细胞质膜的载体尚未知。
我校和里斯本大学专家们运用药理学、电生理学以及基因功能缺失的突变体等研究技术，首次在烟草和拟南芥中发现谷氨酸受体类离子通道（glutamate receptor–like channels, GLRs）利用D-丝氨酸（D-Serine）作为配体（ligand）而介导钙离子的跨质膜内流，进而调节花粉管顶端细胞的[Ca2+]cyt梯度，最终影响花粉管的生长及其形态建成。研究还发现，在丝氨酸消旋酶基因被敲除的拟南芥突变体（SR1）中，野生型植物的花粉管在SR1雌蕊中的生长发生缺陷并伴以GLR（GLR1.2，GLR3.7）的钙离子通道活性降低。上述研究成果首次阐明了高等植物GLR家族成员需要特定的配体物质以开启其钙离子通道功能，以及与此直接关联的系列分子生理学事件－胞质钙振荡与花粉管发育；揭示了植物雄性配子体与雌蕊组织之间相互识别、生长适应的一种全新生物信号机理，此类似于动物神经系统中普遍存在的由氨基酸开启的信息交流机制。这不仅是植物分子生物学上的重大发现，而且对微生物学、动物学、生物医学等其他领域的研究也具有重要的学术参考价值。在这篇SCIENCE文章中，我校为第三完成单位，刘来华教授为第八作者。
动物中枢神经系统中，氨基酸是神经兴奋信号的重要传递介质。通常，谷氨酸、甘氨酸（Glu, Gly）作为配体与谷氨酸受体离子通道蛋白（iGLuR）专性结合，调节通道对阳离子如Ca2+ 、Ｋ＋、Ｎa＋ 等的运输活性，从而实现对兴奋信号的传递。神经细胞的发育过程中，Glu等亦作为化学诱导物，通过与iGLR蛋白结合而开启其离子通道功能，以引导神经细胞的生长发育运动。基因组密码的破译及功能基因的预测表明谷氨酸受体基因普遍存在于微生物和动植物中。
拟南芥及水稻基因组中存在与动物的谷氨酸受体（iGluRs）相似的基因家族，即AtGLR, OsGLR, 此两类家族均含有20个成员基因。据现有的研究报道推测，植物GLR可能参与许多重要的生物学过程，如：光信号传递，感应碳/氮平衡状态，控制ABA等激素的生物合成，维持根尖分生细胞的活性，调控植物中的钙离子流，应答多种环境胁迫等。然而，学术界迄今还未能在分子和生理（表型）水平上精确地阐明该基因家族中绝大多数成员应具有的生物学功能。
近年来，刘来华教授课题组与多国学者合作，已分离、鉴定、获得了拟南芥中所有20个GLR基因的T-DNA纯合型突变体，目前正运用各种分子生理学手段对AtGLR的生物学功能进行全面的剖析、鉴定。刘来华教授表示，课题组感谢相关部门和单位给予的支持，并欢迎国内外同行的合作与指导，共同在这一研究领域取得更大的突破。 |
