これは自然界で比較的最大の勃起です。研究者らは花粉粒から生殖器の機能について新たな洞察を得ました。これによると、陰茎のような花粉管が卵細胞に向かう途中で膨大な長さに拡張するときに、プロトンポンプが働いていると考えられます。研究者らによると、この結果は植物学にとって興味深いだけでなく、人間の神経細胞の成長に関する研究の出発点となる可能性があるという。
これは生物の有性生殖の基本原理です。受精が起こるためには、精子細胞が卵細胞に到達する必要があります。多くの動物種では、オスのペニスは、精子細胞がメスの体内の卵子にできるだけ近づくことを保証します。一般的な条件は植物では異なりますが、この動物の概念には類似点があります。風や昆虫によって運ばれた雄の花粉が花の雌の部分に到達すると、精細胞を含む伸長物が形成されます。生化学的信号に従って、この構造は卵を探して組織に侵入します。花粉管は、花粉粒の千倍の長さに達することもあります。
コペンハーゲン大学のマイケル・パームグレン率いる研究者たちは、この驚くべきプロセスに関与するまだ不明なメカニズムの研究に専念しています。知られているのは、チューブがその先端を継続的に拡張することによって成長すること、つまり「先端成長」と呼ばれるプロセスであるということです。 「成長する足場のように、追加の構造が細胞骨格内に継続的に構築されます」とパームグレン氏は言います。研究者らは、花粉管は最終的に高度に分極した細胞であり、その先端に血漿が強く蓄積していると説明している。
それがトップの成長を可能にする
Palmgren と彼の同僚が報告しているように、pH 勾配は細胞のこの極性、ひいては先端の成長において重要な役割を果たしています。いわゆるプロトンポンプが、酸塩基平衡に影響を与える可能性のある推進力として疑問視されています。これらは、電気化学的勾配に逆らって膜を越えて荷電粒子を輸送できるタンパク質ユニットです。したがって、それらは花粉管内の細胞血漿のpH値に影響を与える可能性があると科学者らは説明している。この仮説を検証するために、彼らはプロトンポンプの活性を担う遺伝子、いわゆるAHA遺伝子の活性と影響を調べた。
科学者たちは、植物研究の有名な「モルモット」であるタレクレソン（シロイヌナズナ）をモデルとして使用しました。彼らは遺伝的証拠を用いて、シロイヌナズナの花粉管の成長中に3つの特定のAHA遺伝子のスイッチが実際にオンになっていることを最初に示すことができた。次に、これらの遺伝子、したがってプロトンポンプが構造の形成にどのような重要性を持っているかを明らかにするために、科学者たちはこれらの遺伝子をブロックしました。彼らは、花粉粒が 3 つの AHA 遺伝子の機能バージョンを持たなくなった植物系統を作成しました。
勃起不全を伴う花粉変異体
これらのAHAノックアウト花粉の研究では、機能的なプロトンポンプ遺伝子がないと勃起不全が起こることが示されました。 「花粉管の形成は非常に遅く、変形を示します」とパームグレン氏は言う。分析では、構造内の酸塩基バランスと極性の形成が乱れていることも示されました。このように研究者らは、植物の肥沃度に影響を与える重要な側面を解明しました。 「我々の結果は、調査したAHAが、細胞血漿中のpHを規定するイオンサイクルを維持し、それによって花粉管の伸長に重要な下流のpH依存性機構を制御する要素であると定義した」とパルムグレンらは結論付けた。
したがって、これは「グリーン基礎研究」への興味深い貢献です。しかし、研究者らの結論によれば、その重要性は植物界を超えてさらに広がる可能性がある。類似点がある可能性があるため、神経学的研究は花粉管の先端の成長に関する知識から恩恵を受ける可能性がある。 「神経の成長を制御するものはほとんどわかっていませんが、これは神経や脳の損傷を治癒するのに非常に重要です。人間の神経系における「先端の成長」のプロセスをより深く理解するために、私たちの結果は役立つかもしれません」とパームグレン氏は言います。
出典: コペンハーゲン大学、専門記事: Nature Communications、doi: 10.1038/s41467-020-16253-1
