Två grupper av växtmolekylära biologer, vid University of Massachusetts Amherst och Peking University, Kina, har länge studerat hur pollenrör och pistiller, de manliga och kvinnliga delarna av blommor, kommunicera för att uppnå befruktning i växter. Idag rapporterar de i en Vetenskap tidigt frisläppande papper att de har identifierat ett par receptorer som är viktiga för denna kommunikation samt molekyler som modulerar receptornas aktivitet.

Arbetet, i modellanläggningen Arabidopsis , främjar grundläggande förståelse för växtreproduktion, säger Alice Cheung och Hen-Ming Wu på UMass Amherst, med Li-Jia Qu och Hongya Gu i Kina. Forskarna namngav de två nya receptorerna Buddha Paper Seal 1 och 2 (BUPS1/2). Deras papper identifierar också flera små peptider som kallas Rapid Alkalinization Factors (RALF) 4, 19 och 34 som deras ligander - molekyler som modulerar receptorernas funktioner.

Ytterligare, författarna beskriver hur BUPS1/2 och ett andra par relaterade receptorer kallas ANXUR 1 och 2 (ANX1/2), och RALF 4 och 19, allt uttryckt i pollenröret och krävs för manlig fertilitet, interagera tillsammans för att få sina jobb gjort.

Cheung säger, "Vårt papper beskriver en viktig utarbetning av det manliga och kvinnliga interaktionsnätverket vid växtreproduktion. Molekyler som är involverade i processen måste arbeta nära tillsammans för att orkestrera och stödja de man-kvinnliga interaktiva händelserna. I denna process växer pollenröret inuti pistilen, ofta över avstånd hundratals eller tusentals gånger större än rörets diameter, för att leverera spermier till äggcellen. Pollenröret måste förbli intakt under hela resan, men måste då sprängas upp vid exakt rätt tid och plats när den når målet för att frigöra spermier för befruktning. Att brista för tidigt eller misslyckas med att brista när det borde vara förödande för reproduktion. "

De två forskargrupperna fann att receptorerna och RALF4 och 19 krävs för att upprätthålla pollenrörets integritet under tillväxtprocessen. De visar också att RALF34, uttryckt från kvinnan, underlättar sprängprocessen, tillsammans med några kända och andra ännu inte identifierade faktorer. De visar hur dessa molekyler interagerar med varandra, illustrerar en "spännande kommunikationsmekanism" mellan man och kvinna för att producera frön, Säger Cheung.

Hon tillägger, "Genom att visa hur receptorer och deras ligander fungerar tillsammans för att säkerställa reproduktiv framgång, vårt arbete belyser en av de mest mystiska processerna inom biologin. "

Växtreproduktionsforskningsgemenskapen har en tradition av att namnge viktiga gener från antik mytologi, säger biologen. Till exempel, en gen som hennes grupp också arbetar med, FERONIA, är uppkallad efter den romerska fruktbarhetsgudinnan. Forskarna namngav de nya faktorerna Buddha papperstätning 1 och 2 efter en kinesisk berättelse om en stygg apa som hölls under en sten i 400 år av en charmad papperstätning. När en vänlig munk som gick förbi bröt förseglingen, apan brast ut, vilket är vad forskarna påminde om när de såg hur pollenröret exploderar för att frigöra spermier och möjliggöra befruktning.

Detta arbete fortsätter Cheung-Wu-gruppens mångåriga forskning om växtreproduktion, särskilt på FERONIEN, en receptor relaterad till BUPSs och ANXURs som spelar en viktig roll för att kontrollera växternas kvinnliga fertilitet i utvecklingen och för att hantera miljöbelastningar.

"Det är faktiskt väldigt intressant, "säger Cheung." Pollenröret transporterar spermier till kvinnliga målceller. FERONIA väntar där på att pollenröret ska komma. BUPS, ANXUR, RALF 4 och 10 i pollenröret ser till att röret inte spricker för tidigt, men vänta tills den når målhona. Där spricker röret plötsligt, en handling som kontrolleras av FERONIA och delvis förmedlas av en annan uppsättning RALF, släppa ut spermier vid rätt tid och plats. "

Teamet använde en kombination av omvänd genetik, biokemiska och biofysiska metoder för detta arbete, i samarbete inte bara med den kinesiska gruppen, men involverade också utredare från Brasilien, Tyskland, USA och Mexiko. Cheung säger att U.S.National Science Foundation's Research Coordination Network in Integrative Pollen Biology, varav hon är huvudutredaren, gav katalysatorn och forumet som stimulerade dessa internationella interaktioner.

Hon tillägger, "Jag vill betona detta arbete som ett samarbete. Vi och Peking University -gruppen, nära kollegor med gemensamma intressen, arbetade parallellt med några av ämnena i detta dokument utan att veta om varandras insatser. I en diskussion en dag fick vi reda på att vi hade gemensamma resultat, men varje grupp hade också genererat unika observationer och utvecklat distinkta insikter, så vi bestämde oss för att slå samman våra ansträngningar och publicera gemensamt. "

Hon tillägger, "I mina tankar, denna typ av samarbete är förmodligen den bästa typen av vetenskaplig interaktion. Som forskare, vi värdesätter vårt eget oberoende och kreativitet. Även med vanliga resultat, vårt tänkande kan avvika, leda varje team att vidare undersöka i olika riktningar, komma till slutpunkter som kompletterar varandra. Detta samarbete handlar inte om olika expertis, men en fråga av gemensamt intresse och nyfikenhet som tog oss i olika riktningar som så småningom kom tillbaka i en komplett historia. "