Albert Cairó、Karel Riha和他們的同事發現了一種以前未被發現的機制，即在一個細胞分化成另一個細胞的過渡期間重新規劃基因表達。該機制發生在減數分裂結束時，這是一種有性生殖所需的專門的細胞分裂並允許生殖細胞和花粉進行分化。

這一機制涉及基本調節成分的動態定位，進入類似液滴的細胞內凝結物。這一過程跟種子生產直接相關並可能為產生能承受更惡劣環境條件的更可持續的作物提供新的途徑。這些發現最近發表在著名的《科學》上。

細胞不是靜止的東西，它們從一種類型變化到另一種類型。某種基因集合的激活影響著細胞如何專門完成特定的任務及它們何時分裂或分化。像Albert Cairó和Karel Riha這樣的細胞生物學家使用複雜的科學方法組合來研究植物的微觀世界。細胞生物學目前正在經歷一場革命，細胞組織的傳統觀點被擴展到新的領域。

“現在我們知道，細胞不僅包含由膜劃定的傳統細胞器，而且許多分子過程被限制在不太明確的無膜細胞器內，也稱為生物分子凝聚物(biocondensates)。在過去十年時間裡，這些生物凝集物的重要性開始被認識。這項研究的論文第一作者Albert Cairó解說道：“我們現在通過展示一種特定類型的生物凝集物如何在減數分裂結束時形成並抑制蛋白質的合成並對這一領域做出了貢獻。”

“這一方面終止了減數分裂過程，但另一方面，它標誌著遺傳上不同的一代細胞的開始，”Cairó補充道。但這還不是全部。研究小組認為，類似的機制也在其他生物體和細胞環境中發揮作用，其中包括細胞分化或壓力反應。

Karel Riha實驗室成員的發現可能會產生巨大的社會影響。

“我們生活在一個氣候緊急的狀態中。即使植物能抵抗巨大的各種壓力，包括高溫和乾旱，它們的發育和繁殖也會受到嚴重的損害。這意味著我們面臨著農作物大幅減產的風險，而這恰恰是在必須增加產量以滿足人類需求的時候。這就是為什麼植物研究現在應該成為優先事項之一，”通訊作者和研究小組負責人Karel Riha解說道。

該實驗室的主要任務是闡明跟植物繁殖和種子形成密切相關的基本生物過程，在許多農作物中，這意味著產量。

“研究結果表明，生物分子凝結物在植物生育中發揮著重要作用，它們的行為可能跟環境壓力有關。因此，很明顯，我們的發現是開發新的解決方案的第一步，從而在更苛刻的條件下實現持續的作物生產，”Albert Cairó解說道。

該團隊必須執行的技術方法確實令人欽佩，在《科學》上發表的這項研究讓人放心，Riha的實驗室正在朝著正確的方向發展。

通往發現的道路

研究模式植物擬南芥的減數分裂是特別具有挑戰性的。研究小組專注於隱藏在0.1-0.4毫米小花蕾中的非凡和罕見的細胞。此外，作為研究重點的減數分裂階段發生得很快–整個過程需要五到六個小時。因此，它們不容易被捕獲。研究小組必須使用最先進的技術和相當一部分的創造力和想像力來調查這一過程。

Riha的團隊必須建立對花藥（雄蕊中包含花粉的部分）內部減數分裂的活體成像條件。該團隊使用了先進的顯微鏡並成為世界上能夠現場觀察植物減數分裂的兩個實驗室之一。該團隊獲得的另一項重要專業知識是掌握了原生質體技術。原生質體是被剝奪了周圍細胞壁的孤立的植物細胞，這使得它們易於在顯微鏡下進行遺傳操作和可視化。這項技術使該團隊能比使用減數分裂細胞更快速有效地闡明一些問題。

Anna Vargova為理解新描述的複雜機製做出了重大貢獻。Pavlina Mikulkova在使用Lightsheet顯微鏡對減數分裂進行活體細胞成像時提供了專業知識並伸出了她的魔法之手。該研究團隊得到了CEITEC核心設施CELLIM和植物科學核心設施的支持。這項研究歷時8年多，由捷克教育、青年和體育部資助的REMAP項目提供資金。“如果沒有我們的長期資助，要發展這樣一個複雜的項目是非常困難的。事實上，一度感覺我們的極限只是我們的想像力，我相信這對我們意義深遠的發現至關重要，”Albert Cairó說道。