Due gruppi di biologi molecolari vegetali, presso l'Università del Massachusetts Amherst e l'Università di Pechino, Cina, hanno studiato a lungo come i tubi pollinici e i pistilli, le parti maschili e femminili dei fiori, comunicare per ottenere la fecondazione nelle piante. Oggi riportano in a Scienza documento di rilascio anticipato che hanno identificato una coppia di recettori essenziali per queste comunicazioni, nonché molecole che modulano l'attività dei recettori.

Il lavoro, nella pianta modello Arabidopsis , avanza la comprensione di base della riproduzione delle piante, diciamo Alice Cheung e Hen-Ming Wu a UMass Amherst, con Li-Jia Qu e Hongya Gu in Cina. I ricercatori hanno chiamato i due nuovi recettori Buddha Paper Seal 1 e 2 (BUPS1/2). Il loro articolo identifica anche diversi piccoli peptidi noti come fattori di alcalinizzazione rapida (RALF) 4, 19 e 34 come loro ligandi - molecole che modulano le funzioni dei recettori.

Ulteriore, gli autori descrivono come BUPS1/2 e una seconda coppia di recettori correlati chiamati ANXUR 1 e 2 (ANX1/2), e RALF 4 e 19, tutto espresso nel tubo pollinico e necessario per la fertilità maschile, interagiscono insieme per portare a termine il loro lavoro.

Cheung dice, "Il nostro articolo descrive un'importante elaborazione della rete di interazione maschio e femmina nella riproduzione delle piante. Le molecole coinvolte nel processo devono lavorare intimamente insieme per orchestrare e supportare gli eventi interattivi maschio-femmina. In questo processo il tubo pollinico cresce all'interno del pistillo, spesso su distanze centinaia o migliaia di volte maggiori del diametro del tubo, per fornire lo sperma alla cellula uovo bersaglio. Il tubo pollinico deve rimanere intatto durante questo viaggio, ma poi deve aprirsi esattamente nel momento e nel luogo giusto quando arriva al bersaglio per rilasciare lo sperma per la fecondazione. Scoppiare troppo presto o non scoppiare quando dovrebbe è devastante per la riproduzione".

I due gruppi di ricerca hanno scoperto che i recettori e RALF4 e 19 sono necessari per mantenere l'integrità del tubo pollinico durante il processo di crescita. Mostrano anche che RALF34, espresso dalla femmina, facilita il processo di rottura, insieme ad alcuni fattori noti e altri non ancora identificati. Dimostrano come queste molecole interagiscono tra loro, illustrando un "meccanismo di comunicazione intrigante" tra maschio e femmina per produrre semi, Cheung dice.

lei aggiunge, "Nel mostrare come i recettori e i loro ligandi lavorano insieme per garantire il successo riproduttivo, il nostro lavoro illumina uno dei processi più misteriosi in biologia."

La comunità di ricerca sulla riproduzione delle piante ha una tradizione nel nominare importanti geni della mitologia antica, dice il biologo. Per esempio, un gene su cui lavora anche il suo gruppo, FERONIA, prende il nome dalla dea romana della fertilità. I ricercatori hanno chiamato i nuovi fattori sigillo di carta Buddha 1 e 2 dopo un racconto cinese su una scimmia cattiva tenuta sotto una roccia per 400 anni da un sigillo di carta incantato. Quando un gentile monaco di passaggio ruppe il sigillo, la scimmia è scoppiata, che è ciò che è stato ricordato agli scienziati quando hanno visto come il tubo pollinico esplode per rilasciare lo sperma e consentire la fecondazione.

Questo lavoro continua i molti anni di ricerca sulla riproduzione delle piante del gruppo Cheung-Wu, soprattutto su FERONIA, un recettore correlato a BUPS e ANXUR che svolge un ruolo importante nel controllo della fertilità femminile delle piante durante lo sviluppo e nell'affrontare gli stress ambientali.

"In realtà è molto interessante, " dice Cheung. "Il tubo pollinico trasporta lo sperma alle cellule bersaglio femminili. FERONIA sta aspettando lì che arrivi il tubo pollinico. BUPS, ANXUR, RALF 4 e 10 nel tubo pollinico assicurarsi che il tubo non scoppi troppo presto, ma aspetta che arrivi alla cellula femminile bersaglio. Lì il tubo scoppia bruscamente, un'azione controllata da FERONIA e in parte mediata da un diverso insieme di RALF, rilasciando lo sperma al momento e nel posto giusto".

Il team ha utilizzato una combinazione di genetica inversa, approcci biochimici e biofisici per questo lavoro, in collaborazione non solo con il gruppo cinese, ma ha coinvolto anche investigatori brasiliani, Germania, gli Stati Uniti e il Messico. Cheung afferma che la rete di coordinamento della ricerca della National Science Foundation degli Stati Uniti in Integrative Pollen Biology, di cui è la principale ricercatrice, ha fornito il catalizzatore e il forum che hanno stimolato queste interazioni internazionali.

lei aggiunge, "Voglio sottolineare questo lavoro come una collaborazione. Noi e il gruppo dell'Università di Pechino, stretti colleghi con interessi comuni, hanno lavorato in parallelo su alcuni degli argomenti di questo documento senza conoscere gli sforzi reciproci. In una discussione un giorno abbiamo scoperto di avere risultati comuni, ma ogni gruppo aveva anche generato osservazioni uniche e sviluppato intuizioni distinte, quindi abbiamo deciso di unire i nostri sforzi e pubblicare insieme."

lei aggiunge, "Nella mia mente, questo tipo di collaborazione è probabilmente il miglior tipo di interazione scientifica. Come scienziati, diamo valore alla nostra indipendenza e creatività. Anche con risultati comuni, il nostro pensiero potrebbe divergere, portando ogni squadra a indagare ulteriormente in direzioni diverse, arrivare a punti finali che si completano a vicenda. Questa collaborazione non è una questione di competenze diverse, ma una questione di comune interesse e curiosità che ci ha portato in direzioni diverse che alla fine sono tornate insieme in una storia completa."