Twee groepen moleculair biologen van planten, aan de Universiteit van Massachusetts Amherst en de Universiteit van Peking, China, hebben lang bestudeerd hoe pollenbuizen en stampers, de mannelijke en vrouwelijke delen van bloemen, communiceren om bevruchting in planten te bereiken. Vandaag rapporteren ze in een Wetenschap early release paper dat ze een paar receptoren hebben geïdentificeerd die essentieel zijn voor deze communicatie, evenals moleculen die de activiteit van de receptoren moduleren.

Het werk, in de modelfabriek Arabidopsis , bevordert het basisbegrip van plantenreproductie, zeg Alice Cheung en Hen-Ming Wu bij UMass Amherst, met Li-Jia Qu en Hongya Gu in China. De onderzoekers noemden de twee nieuwe receptoren Buddha Paper Seal 1 en 2 (BUPS1/2). Hun paper identificeert ook verschillende kleine peptiden die bekend staan ​​als Rapid Alkalinization Factors (RALF) 4, 19 en 34 als hun liganden - moleculen die de functies van de receptoren moduleren.

Verder, de auteurs beschrijven hoe BUPS1/2 en een tweede paar verwante receptoren genaamd ANXUR 1 en 2 (ANX1/2), en RALF 4 en 19, allemaal uitgedrukt in de pollenbuis en nodig voor mannelijke vruchtbaarheid, samenwerken om hun werk gedaan te krijgen.

Cheung zegt, "Ons artikel beschrijft een belangrijke uitwerking van het mannelijke en vrouwelijke interactienetwerk bij de reproductie van planten. Moleculen die bij het proces betrokken zijn, moeten nauw samenwerken om de mannelijke en vrouwelijke interactieve gebeurtenissen te orkestreren en te ondersteunen. In dit proces groeit de pollenbuis in de stamper, vaak over afstanden die honderden of duizenden keren groter zijn dan de diameter van de buis, om sperma af te geven aan de doeleicel. De pollenbuis moet tijdens deze reis intact blijven, maar moet dan op precies het juiste moment en de juiste plaats openbarsten wanneer het bij het doelwit aankomt om sperma vrij te geven voor bevruchting. Te snel barsten of niet barsten wanneer het zou moeten zijn beide verwoestend voor de voortplanting."

De twee onderzoeksteams ontdekten dat de receptoren en RALF4 en 19 nodig zijn om de integriteit van de pollenbuis tijdens het groeiproces te behouden. Ze laten ook zien dat RALF34, uitgedrukt door het vrouwtje, vergemakkelijkt het barstproces, samen met enkele bekende en andere nog niet geïdentificeerde factoren. Ze laten zien hoe deze moleculen met elkaar interageren, ter illustratie van een "intrigerend communicatiemechanisme" tussen man en vrouw om zaden te produceren, zegt Cheung.

Zij voegt toe, "Door te laten zien hoe receptoren en hun liganden samenwerken om reproductief succes te verzekeren, ons werk belicht een van de meest mysterieuze processen in de biologie."

De onderzoeksgemeenschap voor plantenreproductie heeft een traditie van het benoemen van belangrijke genen uit de oude mythologie, zegt de bioloog. Bijvoorbeeld, een gen waar haar groep ook aan werkt, FERONIA, is vernoemd naar de Romeinse godin van de vruchtbaarheid. De onderzoekers noemden de nieuwe factoren Boeddha papieren zegel 1 en 2 naar een Chinees verhaal over een ondeugende aap die 400 jaar onder een rots werd vastgehouden door een gecharmeerd papieren zegel. Toen een vriendelijke monnik die voorbijkwam het zegel verbrak, de aap barstte uit, dat is waar de wetenschappers aan werden herinnerd toen ze zagen hoe de pollenbuis explodeert om sperma vrij te maken en bevruchting mogelijk te maken.

Dit werk zet het jarenlange onderzoek naar plantenreproductie van de Cheung-Wu-groep voort, vooral op FERONIA, een aan BUPS'en en ANXUR's verwante receptor die een belangrijke rol speelt bij het beheersen van de vrouwelijke vruchtbaarheid van planten tijdens de ontwikkeling en bij het omgaan met omgevingsstress.

"Het is eigenlijk heel interessant, " zegt Cheung. "De pollenbuis transporteert sperma naar vrouwelijke doelcellen. FERONIA wacht daar op de pollenbuis. BUPS, ANXUR's, RALF 4 en 10 in de pollenbuis zorgen ervoor dat de buis niet te vroeg barst, maar wacht tot het de vrouwelijke doelcel bereikt. Daar barst de buis abrupt, een actie gecontroleerd door FERONIA en gedeeltelijk bemiddeld door een andere reeks RALF's, het vrijgeven van sperma op het juiste moment en op de juiste plaats."

Het team gebruikte een combinatie van omgekeerde genetica, biochemische en biofysische benaderingen voor dit werk, niet alleen in samenwerking met de Chinese groep, maar er waren ook onderzoekers uit Brazilië bij betrokken, Duitsland, de Verenigde Staten en Mexico. Cheung zegt dat het onderzoekscoördinatienetwerk van de Amerikaanse National Science Foundation in Integrative Pollen Biology, waarvan zij de hoofdonderzoeker is, zorgde voor de katalysator en het forum dat deze internationale interacties stimuleerde.

Zij voegt toe, "Ik wil dit werk benadrukken als een samenwerking. Wij en de Peking University-groep, naaste collega's met gemeenschappelijke interesses, werkten parallel aan enkele van de onderwerpen in dit artikel zonder van elkaars inspanningen te weten. In een discussie op een dag kwamen we erachter dat we gemeenschappelijke resultaten hadden, maar elke groep had ook unieke observaties gegenereerd en verschillende inzichten ontwikkeld, dus hebben we besloten om onze inspanningen te bundelen en gezamenlijk te publiceren."

Zij voegt toe, "In mijn gedachten, dit soort samenwerking is waarschijnlijk de beste vorm van wetenschappelijke interactie. Als wetenschappers, we waarderen onze eigen onafhankelijkheid en creativiteit. Zelfs met gemeenschappelijke resultaten, ons denken kan uiteenlopen, elk team leidend om in verschillende richtingen verder te onderzoeken, het bereiken van eindpunten die elkaar aanvullen. Deze samenwerking is geen kwestie van verschillende expertises, maar een kwestie van gemeenschappelijk belang en nieuwsgierigheid die ons in verschillende richtingen bracht die uiteindelijk weer bij elkaar kwamen in een compleet verhaal."