Датчик давления венериной мухоловки

Все растительные клетки могут реагировать на прикосновение или повреждение. Хищная венерина мухоловка (Dionaea muscipula) обладает для этого высокочувствительными органами: сенсорными волосками, которые регистрируют даже слабейшие механические стимулы, усиливают их и преобразуют в электрические сигналы, быстро распространяющиеся по тканям растения.

Исследователи из Университета Юлиуса-Максимилиана (JMU) в Вюрцбурге (Германия) изолировали отдельные сенсорные волоски и проанализировали активный в них генный пул. «В процессе мы впервые обнаружили гены, которые, предположительно, служат во всём царстве растений для преобразования локальных механических стимулов в системные сигналы», — говорит профессор Райнер Хедрих.

Это важное открытие, поскольку до сих пор о механорецепторах растений практически ничего не было известно. Команда Хедриха представляет результаты в журнале с открытым доступом PLOS Biology.

Сенсорные волоски преобразуют прикосновение в электричество

Захлопывающаяся ловушка Dionaea состоит из двух половинок, каждая из которых несёт по три сенсорных волоска. Когда волосок сгибается от прикосновения, в его основании генерируется электрический сигнал — потенциал действия. В основании волоска находятся клетки, в которых ионные каналы открываются из-за растяжения их оболочки и становятся электропроводными. Верхняя часть сенсорного волоска действует как рычаг, усиливающий стимул, вызванный даже самой лёгкой добычей.

Эти микро-силовые тактильные сенсоры преобразуют механический стимул в электрический сигнал, который распространяется от волоска по всей ловушке. После двух потенциалов действия ловушка захлопывается. На основе количества потенциалов действия, вызванных попытками добычи высвободиться, хищное растение оценивает, достаточно ли она велика, чтобы запустить сложный процесс пищеварения.

От генов к функции тактильного датчика

Чтобы исследовать молекулярную основу этой уникальной функции, команда Хедриха «собрала» около 1000 сенсорных волосков. Совместно с биоинформатиком JMU профессором Йоргом Шульцем они занялись идентификацией генов в волосках.

«В процессе мы заметили, что профиль активных в волоске генов отличается от профиля других типов клеток в ловушке», — говорит Шульц. Как механический стимул преобразуется в электричество? «Чтобы ответить на этот вопрос, мы сосредоточились на ионных каналах, которые экспрессируются в сенсорном волоске или встречаются исключительно там», — говорит Хедрих.

В поисках других ионных каналов

Выделился специфичный для сенсорных волосков калиевый канал KDM1. Новые электрофизиологические методы показали, что без этого канала электрическая возбудимость сенсорных волосков теряется, то есть они больше не могут генерировать потенциалы действия. «Теперь нам нужно идентифицировать и охарактеризовать ионные каналы, играющие важную роль на ранних фазах потенциала действия», — заявил Хедрих.