Albert Cairó、Karel Riha和他们的同事们发现了一种以前未知的机制，即在一个细胞分化为另一个细胞的过程中重新编程的基因表达。这种机制发生在减数分裂结束时，减数分裂是有性生殖所需的一种特殊的细胞分裂，并允许生殖细胞和花粉分化。

这一机制涉及将重要的调节成分动态定位到类似液滴的细胞内冷凝液中。这一过程与种子生产直接相关，可能为生产更可持续的作物提供新的途径，使其能够承受更恶劣的环境条件。这些发现最近发表在著名的《科学》杂志上。

用光学显微镜拍摄的田间毛虫花。图片来源：中欧理工学院——马萨里克大学

细胞不是静止的东西；它们从一种类型变为另一种类型。特定基因集合的激活会影响细胞如何完成特定任务以及何时分裂或分化。阿尔伯特·凯罗（Albert Cairó）和卡雷尔·里哈（Karel Riha）等细胞生物学家使用复杂的科学方法来研究植物的微观世界。细胞生物学目前正在经历一场革命，细胞组织的传统观点正在扩展到新的领域。

“现在我们知道，细胞不仅包含由膜界定的传统细胞器，而且许多分子过程被限制在不太明确的无膜细胞器内，也被称为生物分子缩合物（生物缩合物）。在过去的十年中，人们开始认识到这些生物缩合物的重要性。我们现在通过展示一种特定类型的生物缩合物如何在减数分裂结束时形成并抑制蛋白质合成来为这一领域做出贡献，”这项研究的第一作者Albert Cairó解释道。

“一方面，这终止了减数分裂过程，但另一方面，它标志着基因上不同一代细胞的开始，”Cairó补充道。但这并不是全部。研究小组认为，类似的机制也在其他生物体和细胞环境中起作用，包括细胞分化或应激反应。

Karel Riha实验室成员的发现可能会产生巨大的社会影响。

Albert Cairó和Karel Riha。图片来源：中欧理工学院——马萨里克大学

“我们生活在一种气候的紧急状态。尽管植物可以抵御各种各样的压力，包括高温和干旱，但它们的发育和繁殖可能会受到严重损害。这意味着，我们正面临着作物产量急剧下降的风险，而此时正是必须提高产量以满足人类需求的时候。这就是为什么植物研究现在应该成为一项重要的研究。”通讯作者和研究小组组长Karel Riha解释道。

该实验室的主要任务是阐明与植物繁殖和种子形成密切相关的基本生物过程，在许多作物中，这将转化为产量。

Albert Cairó解释道：“研究结果表明，生物分子缩合物在植物繁殖中起着重要作用，其行为可能与环境压力有关。因此，很明显，我们的发现是开发新解决方案的第一步，从而在更严酷的条件下实现作物持续生产。”

该团队所采用的技术方法确实令人钦佩，这项研究在《科学》杂志上的发表让人放心，Riha的实验室正在朝着正确的方向前进。

通往发现的道路

研究模型植物拟南芥的减数分裂尤其具有挑战性。研究团队专注于隐藏在0.1-0.4毫米小花蕾中的罕见细胞。此外，作为研究重点的减数分裂阶段发生得很快，整个过程需要5到6个小时。因此，它们不容易捕获。研究团队必须使用最先进的技术和大量的创造力和想象力来研究这一过程。

Riha的团队必须为花药（雄蕊中含有花粉的部分）内减数分裂的实时成像创造条件。该团队使用先进的显微镜技术，成为世界上两个能够实时观察植物减数分裂的实验室之一。该团队获得的另一项重要专业知识是对原生质体技术的掌握。原生质体是分离的植物细胞，被剥夺了其周围的细胞壁，这使得它们易于在显微镜下进行遗传操作和可视化。这项技术使研究小组能够比使用减数分裂细胞更快、更有效地阐明一些问题。

安娜·瓦尔戈娃（Anna Vargova）为理解新描述的复杂机制做出了重要贡献。Pavlina Mikulkova在使用Lightsheet显微镜对减数分裂进行活细胞成像时提供了专业知识，并伸出了她的魔力之手。研究团队得到了CEITEC核心设施CELLIM和植物科学核心设施的支持。这项研究历时八年多，由捷克教育部青年和体育赠款项目REMAP资助。Albert Cairó说：“如果我们没有长期的资金，开发这样一个复杂的项目将是极其困难的。事实上，在某一点上，我们觉得我们的极限只是我们的想象，我相信这对我们的深远发现至关重要。”