У растений нет нервной системы, но они могут чутко реагировать на прикосновения других организмов. У венериной мухоловки высокочувствительные сенсорные волоски выполняют функцию органов осязания. При быстром двукратном прикосновении они запускают каскад реакций, в результате которых ловушка захлопывается и захватывает добычу. Однако молекулярная природа сенсорных волосков до сих пор не ясна.
Японские ученые выяснили, что ионный канал DmMSL10, расположенный у основания чувствительных волосков, является ключевым сенсорным механизмом, позволяющим улавливать даже слабые прикосновения добычи. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Чтобы визуализировать динамику Ca2+, команда создала мухоловки, экспрессирующие флуоресцентный белок-индикатор Ca2+ GCaMP6f, и использовала двухфотонную микроскопию с внутриклеточной регистрацией электрических сигналов. «Наш подход позволил визуализировать момент, когда физический стимул преобразуется в биологический сигнал в живых растениях», — говорит Суда, автор работы (см. рисунок).
Команда заметила, что при лёгком изгибе ловушки происходит локальное повышение уровня Ca2+ и небольшое изменение электрического потенциала, которое остаётся локализованным. Напротив, при более сильном изгибе сначала возникает более выраженный рецепторный потенциал. Как только электрический сигнал пересекает порог — как при нажатии переключателя, — он вызывает мощный электрический импульс (потенциал действия) вместе с волной Ca2+. Затем оба сигнала распространяются от основания волоска до листовой пластинки. Результаты показывают, что в основе реакции лежит механизм, запускающий потенциал действия и регулируемый пороговыми значениями, что аналогично работе нервной системы животных.
Чтобы глубже изучить механизм, лежащий в основе системы тактильного восприятия, команда использовала генетические инструменты для создания растений с нокаутом DmMSL10 (с отключенным геном) и продемонстрировала роль DmMSL10 в тактильном восприятии. У растений с нокаутом DmMSL10 стимулы, вызывающие потенциалы действия и волны Ca2+ на большие расстояния у растений дикого типа, вызывали только подпороговые рецепторные потенциалы и локальные сигналы Ca2+. Результаты показывают, что DmMSL10 действует как усилитель, повышая первоначальный слабый электрический сигнал до уровня, достаточного для запуска потенциала действия.
Чтобы проверить гипотезу в естественных условиях, команда создала небольшую экосистему, в которой муравьи свободно перемещались над ловушками. В растениях дикого типа прикосновение муравья вызывало волны Ca2+ в ловушке, после чего ловушка закрывалась. В растениях с нокаутом DmMSL10 волны возникали гораздо реже, а ловушки закрывались ещё реже.
«DmMSL10 является ключевым сенсором для высокочувствительных волосков, которые позволяют улавливать даже самые слабые прикосновения», — говорит Суда. «Многие реакции растений обусловлены механочувствительностью — тактильным восприятием растений, — поэтому лежащие в их основе молекулярные механизмы могут быть общими не только для венериной мухоловки».
