Венерина мухоловка использует защитные системы растений для хищного образа жизни
Венерина мухоловка использует общие защитные системы растений, которые обычно защищают их от поедания, для питания насекомыми. К такому выводу пришли исследователи, изучившие молекулярные основы хищничества растения. Работа опубликована в Genome Research.
Механизм захвата добычи
- Растение распознает добычу с помощью чувствительных к прикосновению волосков-триггеров на внутренней поверхности ловушки.
- Стимуляция волоска генерирует электрический сигнал. После первого стимула ловушка "запоминает" сигнал, но не закрывается.
- После второго стимула ловушка захлопывается. Пойманная добыча продолжает активировать волоски, создавая повторяющиеся электрические сигналы.
Геномный анализ и экспрессия генов
Исследователи из Германии и Саудовской Аравии проанализировали транскриптомы ловушек до и во время "кормления".
- Нестимулированные ловушки по паттерну экспрессии генов похожи на основание листа, что подтверждает гипотезу о том, что ловушки — это видоизмененные листья.
- Железы внутри ловушки, отвечающие за пищеварение, по экспрессии генов больше напоминают корни — ткань, специализирующуюся на поглощении питательных веществ.
- При стимуляции насекомым в ловушках активируются ферменты для переваривания добычи и транспортеры для усвоения питательных веществ.
Перепрограммирование защитных реакций
- Экспрессия гидролаз индуцируется в течение 1–2 часов после тактильной стимуляции. Второй стимул (механический или химический) усиливает экспрессию хитиназы — фермента, расщепляющего хитин экзоскелета насекомых.
- Анализ показал сходство глобальных изменений экспрессии генов при захвате добычи со стрессовым ответом у модельного растения Arabidopsis.
- В стимулированных ловушках повышается уровень жасмоновой кислоты (JA), которую нехищные растения вырабатывают при повреждении травоядными.
"У венериной мухоловки эти защитные процессы были эволюционно перепрограммированы. Теперь растение использует их, чтобы питаться насекомыми", — пояснил автор-корреспондент Райнер Хедрих из Вюрцбургского университета.
Дополнительные механизмы восприятия и секреции
- Как стимулированные, так и нестимулированные ловушки экспрессируют рецептор-подобные киназы (RLKs), используемые нехищными растениями для химического восприятия. Это позволяет предположить, что мухоловка может детектировать химические изменения, связанные с поимкой добычи.
- С помощью протеомного скрининга пищеварительной жидкости подтверждена активная секреция всех предсказанных upregulated транскриптов.
- Электронная микроскопия выявила в железах ловушки специализированные клеточные слои для активной секреции, транспорта питательных веществ, хранения липидов и биосинтеза белков.