image: A-H, 冷冻扫描电镜与透射电镜下的收缩细胞(A-D)和薄壁细胞(E-H)；I-L, FM4-64在薄壁细胞(I, J)和收缩细胞(K, L)的荧光信号；M, ER-tracker red和Golgi-tracker green荧光信号；N-Q, 柱头随日夜湿度变化的开合–弯曲昼夜节律运动和自花传粉。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
近日，《国家科学评论》杂志在线发表了中国科学院植物研究所王印政博士的研究成果，该研究团队揭示了植物中一种新的细胞类型，即充满水敏性粗面内质网的收缩细胞（contractile cells），亚细胞结构全然不同于典型的植物细胞，分子层面也具有显著区别于薄壁细胞的表达谱。
研究人员首先发现斑叶草（Chirita pumila）的柱头具有运动特性，试验证明该柱头具有水敏性，进一步通过解剖学研究发现，当柱头吸水时，一类占据柱头一半体积的细胞大幅度伸长，与柱头的伸长-收缩运动密切相关，研究人员将其命名为“收缩细胞”。冷冻电镜显示收缩细胞充满网状结构，细胞核被挤至边缘。薄壁细胞主要是中央大液泡。收缩细胞吸水后大幅伸长达八倍以上，仍充满网状结构。这说明网状结构是水敏性的主要物质，即网状结构吸水膨胀推动收缩细胞伸长，从而导致柱头运动。激光共聚焦观察结果显示FM4-64荧光信号在薄壁细胞从质膜迁至液泡膜，收缩细胞则无液泡膜信号，红、绿色不同波长弱信号显示收缩细胞大幅伸长。收缩细胞中缺乏液泡证实吸水膨胀的水敏性物质是网状结构，并非液泡。透射电镜和荧光分析揭示该网状结构是粗面内质网，表面布满颗粒状核糖体，全然不同于薄壁细胞。RNA-seq比较分析表明收缩细胞具有明显区别于薄壁细胞的表达谱。
野外观察和实验分析进一步发现斑叶草柱头呈双向开合-弯曲运动，收缩细胞随日夜湿度变化驱动柱头昼夜节律运动。另外，柱头运动在两个柱头裂片之间留下一个连接花药裂口的花粉通道，持续挤压花药，导致花粉经该通道直接喷射到柱头可受面上。因此，柱头的开合-弯曲运动将原本的异花传粉转变成严格的花前自花传粉，即闭花受精。这是植物适应传粉环境不确定性的一个十分独特的生殖保障策略。该研究在植物器官运动和细胞生物学领域打开了一扇新的窗口。
研究详情请见原文：
A new type of cell related to organ movement for selfing in plants
https://doi.org/10.1093/nsr/nwad208
Journal
National Science Review