拟南芥雌雄生殖单位细胞间通讯结构通路的生物成像新洞察

为探究雌雄生殖单位（MGU、FGU）细胞间通讯机制，研究人员用生物成像技术，发现二者存在通讯结构通路，意义重大。

　　在植物的奇妙世界里，繁衍后代是一场充满奥秘的旅程。被子植物的生殖过程涉及复杂的细胞间相互作用，其中雄性生殖单位（MGU，由两个精子细胞和营养细胞核组成）和雌性生殖单位（FGU，包含助细胞、卵细胞和中央细胞）内的细胞通讯，对配子成熟、受精及早期胚胎发育起着关键作用。然而，目前对于这些细胞间通讯的具体机制，科学界仍存在诸多未解之谜。例如，雄性生殖单位中精子细胞如何与营养细胞核协作运输？雌性生殖单位内各细胞间的信号传递又是怎样进行的？这些问题如同层层迷雾，笼罩着植物生殖生物学的研究领域。为了揭开这些谜团，来自波兰尼古拉?哥白尼大学（Nicolaus Copernicus University）和西里西亚大学（University of Silesia）的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Plant Cell Reports》上，为我们理解植物生殖过程提供了新的视角。

研究人员主要运用了多种生物成像技术，包括透射电子显微镜（TEM）分析、荧光原位杂交（FISH）反应、免疫细胞化学以及亚甲基蓝和 Calcofluor White 染色等方法，对拟南芥（Arabidopsis thaliana）的雌雄配子体进行了细致研究。

在雄性生殖单位（MGU）的研究中，通过 FISH 分析发现，拟南芥雄性配子体在脱水和再水化过程中，poly (A)+RNA 的分布呈现出明显变化。在脱水的花粉粒中，poly (A)+RNA 在营养细胞（VC）和精子细胞（SCs）的细胞质中积累，且在精子细胞中呈不均匀分布，形成明显的荧光簇。而在再水化后，poly (A)+RNA 则分散到整个细胞质中，同时还观察到精子细胞与营养细胞核（VN）之间存在细胞质连接。进一步的 TEM 分析表明，脱水的花粉粒中，细胞内的细胞器紧密堆积，精子细胞靠近营养细胞核，二者通过不规则的细胞边界和电子致密物质相互连接。再水化后，细胞的膜结构和细胞器变得更加分散，精子细胞与营养细胞核的接近程度更加明显，且能看到精子细胞的细胞质延伸与营养细胞核相连。在花粉管中，精子细胞与营养细胞核的物理联系依然显著，营养细胞核呈高度伸长的分叶状，精子细胞为纺锤形，二者紧密相邻。

对于雌性生殖单位（FGU），FISH 分析显示，在成熟胚囊中，卵细胞（EC）、中央细胞（CC）和助细胞（Ss）的细胞核中 poly (A)+RNA 水平较高。在不同的胚胎发育阶段，poly (A)+RNA 的分布和水平有所变化。TEM 分析发现，助细胞富含细胞器，其细胞质中含有大量线粒体、内质网等。卵细胞的细胞质中细胞器较少，细胞核位于细胞的合点端。中央细胞是 FGU 中最大的细胞，高度液泡化，含有丰富的细胞器和淀粉粒。卵细胞与中央细胞在合点端的边界不连续，存在电子致密物质和膜结构，可能与细胞间通讯有关。免疫细胞化学分析表明，该边界区域富含 β-(1,4)- 半乳糖苷，而未检测到果胶酸聚糖（HG）等成分。

综合研究结果与讨论，研究人员发现，在拟南芥的发育过程中，雄性生殖单位的花粉粒在脱水和再水化过程中，细胞结构和 poly (A)+RNA 分布发生显著变化，这与花粉的代谢状态和细胞间通讯密切相关。虽然目前对于雄性配子的转录活性仍存在争议，但这些变化暗示了其在花粉发育和受精过程中的重要作用。在雌性生殖单位中，各细胞的结构和功能差异明显，助细胞代谢活跃，卵细胞和中央细胞的转录状态不同，且二者边界区域的特殊结构和成分，为细胞间通讯提供了潜在途径。与风信子（Hyacinthus orientalis）相比，拟南芥和它在雌雄配子中 poly (A)+RNA 的分布模式存在差异，这可能与二者的生殖策略和授粉受精时间有关 。

这项研究的重要意义在于，首次清晰地揭示了拟南芥雌雄生殖单位内细胞间通讯的潜在结构通路，为深入理解被子植物的有性生殖机制提供了关键线索。研究结果不仅有助于解释植物受精过程中细胞间的相互作用，还为未来植物生殖生物学的研究指明了方向，例如可以进一步探究细胞间通讯的分子机制，以及这些机制在不同植物物种中的保守性和差异性。同时，该研究也为植物遗传育种提供了理论基础，有望通过调控生殖单位内的细胞通讯，提高植物的繁殖效率和育种成功率。

总的来说，这项研究在植物生殖生物学领域取得了重要突破，为我们打开了一扇了解植物繁衍奥秘的新窗口，相信在未来，随着研究的不断深入，我们将对植物生殖过程有更全面、更深入的认识。