Биология

Биологи подсветили кальций в закрывающейся венериной мухоловке

Биологи подсветили кальций в закрывающейся венериной мухоловке

Японские ботаники установили, что причина захлопывания ловушки плотоядной Венериной мухоловки (Dionaea muscipula) напрямую связана с концентрацией ионов кальция в ее листовой пластинке. Для этого ученые вывели трансгенную Дионею, геном которой экспрессирует датчик ионов кальция. Именно по нему удалось установить, что если в клетках растения кальций в течение 30 секунд не достиг порогового значения, ловушка не схлопнется и не сможет поймать жертву. Об этом сообщается в журнале Nature Plants.

Известно, что способность к быстрым движениям уже не раз развивалась у цветковых растений. Так листья плотоядного растения венерина мухоловка из рода Dionaea умеют быстро схлопываться, чтобы поймать насекомое в ловушку. Срабатывание ловушки инициируется тоненькими чувствительными волосками на поверхности листьев. Для этого, нужно чтобы волоски получили два последовательных механических стимула с интервалом не более 30 секунд. По-видимому, в этом процессе, как и в случае с движением других растений, именно кальций играет важную роль.  

Исследователи из Национального института фундаментальной биологии Японии во главе с профессором Митсуясу (Mitsuyasu Hasebe) решили посмотреть, как именно механизм быстрого срабатывания соотносится с динамикой кальция внутри растения. Для этого они вывели пять трансгенных венериных мухоловок, геном которых экспрессирует сенсорный белок, чувствительный к присутствию кальция. К этому же белку ученым удалось присоединить флуоресцентный фрагмент, по яркости которого можно было оценить степень концентрации и скорость распространения кальция.

Волна распространения ионов кальция от чувствительных волосков к пластинке листа после механической стимуляции

Mitsuyasu Hasebe et al./ Nature Plant 2020

Далее ученые механически стимулировали сенсорные волоски на поверхности трансгенного растения и следили за флуоресценцией в его листьях. Так, уже через 0,02 секунды после первого касания основание волоска, у которого располагаются сенсорные клетки, генерирующие потенциалы действия, начинало ярче светиться. С течением времени интенсивность свечения продолжала увеличиваться, при этом флуоресцентный сигнал начинал распространяться от места касания радиально к окружающей ткани листа.

Когда фронт волны распространения кальция достигал других, не стимулированных сенсорных волосков, они тоже начинали светиться. Это объясняет, почему ловушка срабатывает, если коснуться любого волоска растения, а не только того, который получил первоначальный стимул. 

Затем динамику ионов кальция отслеживали после второго касания. Эксперимент показал, что клетки растения действительно более чувствительны ко второму сигналу. Именно после повторного механического воздействия концентрация ионов кальция достигла порогового значения, после чего ловушка неизбежно срабатывала. При этом важно, чтобы второе касание происходило не позднее 30 секунд после первого. Ученые показали, что при более позднем повторном стимуле, всплеск волны кальция после первого касания уже идет на спад, и концентрация ионов становится недостаточной, чтобы растение смогло схватить жертву.

Также авторы статьи сравнили уровень выброса кальция при раздражении сенсорных волосков с тем кальцием, который выходит из цитозоля клетки при ранении корешков растения. В первом случае волна распространения ионов кальция двигалась как минимум на порядок быстрее (в среднем 53 миллиметров в секунду и 1,2 миллиметров в секунду соответственно). Здесь, по-видимому, включается определенные механизмы клеточной памяти, которые пока не получили убедительного научного объяснения. Известно, что в эволюции растений возникло множество приспособительных механизмов, которые можно назвать запоминанием внешних воздействий. Например, к ним можно отнести акклиматизацию к суровым погодным условиям, приобретаемую устойчивость к патогенам и яровизацию. 

Исследование открывает путь к дальнейшему изучению роли ионов кальция в развитии способности к быстрому движению у хищных растений, а также к поиску взаимосвязи между механостимуляцией и распространением потенциалов действия в их сенсорных клетках.    

Ранее мы рассказывали, как еще одно известное плотоядное растение, Nepenthes gracilis, может использовать энергию упавших капель дождя для захвата своей добычи. 

Источник

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть
Закрыть