花粉管作为模式材料研究细胞极性和形态形成中离子流的作用

图注：质子泵在花粉管质子平衡和质子梯度的建立中起到中心作用。质子泵活性的空间模式是花粉管极性的关键。

 

为了应对不良环境中的生殖问题，植物发展出了一套非常独特的生殖系统，通过自然界生长最快的细胞花粉管进行高等植物典型的双受精来完成生殖。花粉管的生长依赖于基本的生物学功能，且与离子动力学的调控密切相关，也就是胞外的离子流和胞内的游离离子浓度，即Ca²⁺和H⁺。

从1995年到2009年的15年间，葡萄牙的科学家Feijó实验室研究了花粉管生长过程中的离子调控，发现烟草花粉管是非常好的模式材料，非损伤微测技术和荧光技术是研究离子调控的最佳手段。科学家从基础生物物理学、细胞生物学到基因和转录组学对花粉管的发育进行了研究，发现调节花粉管离子转运的关键因素有膜电势、膜的伸展、pH、K⁺、Ca²⁺、翻译后修饰、离子转运网络和交叉信号途径，这些因素通过Ca²⁺和H⁺的空间分布和时间转换调节细胞的极性和生长。这些结果说明离子调控的动力学可能是引起细胞发育的基本原因，也是花粉管快速的生长内在机制。

因此，使用非损伤微测技术研究活体细胞生长过程中的信号及其时空转换机制，对深入了解植物发育的机理，利用分子工具对某些过程进行设计，产生更加有利的受精和发育等都具有重要的意义，同时花粉管作为研究细胞相互作用、信号转导、极性生长的模式系统也具有理论意义。

 

关键词：花粉管（pollen tube），离子通道（ion channel），质子泵（proton pump），细胞极性（cell polarization），Ca²⁺，H⁺，离子流（ion flux）,非损伤微测技术

参考文献：Michard E et al. Int. J. Dev. Biol. 53: 1609-1622 (2009)

 

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