Новый белок помогает хищным растениям чувствовать и ловить добычу

Прикосновение крыла насекомого достаточно, чтобы венерина мухоловка захлопнулась, однако биология того, как эти растения чувствуют и реагируют на прикосновение, до сих пор мало изучена, особенно на молекулярном уровне. Новое исследование учёных из Института Солка и Исследовательского института Скриппса выявило, по-видимому, ключевой белок, участвующий в тактильной чувствительности мухоловок и других хищных растений.

Результаты, опубликованные 16 марта 2021 года в журнале eLife, помогают объяснить критический процесс, долгое время озадачивавший ботаников. Это может помочь учёным лучше понять, как растения всех видов чувствуют и реагируют на механическую стимуляцию, а также имеет потенциальное применение в медицинской терапии, механически стимулирующей клетки человека, например, нейроны.

"Мы знаем, что растения чувствуют прикосновение, — говорит соавтор Джоанн Чори. — Венерина мухоловка, которая очень быстро реагирует на прикосновение, даёт возможность изучить сенсорную модальность, исторически плохо понятую".

Ранее исследования в основном фокусировались на структурном механизме их необычных листьев, но мало что было известно о клеточном уровне. Отчасти это связано со сложностью изучения мухоловок: они крайне медленно растут, а их геном был секвенирован лишь недавно.

"Поскольку они такие необычные, люди интересовались этими растениями сотни лет, поэтому о них известно довольно много на макроскопическом уровне, но молекулярные детали было трудно выявить", — отмечает Карл Проко.

В новом исследовании авторы вырастили клонированные мухоловки из черенков, чтобы получить генетически идентичные растения. Затем они аккуратно срезали тысячи микроскопических чувствительных к прикосновению триггерных волосков и с помощью технологии секвенирования определили, какие белки наиболее распространены в этих волосках.

Исходя из предыдущих исследований, они знали, что белки, участвующие в восприятии прикосновения, вероятно, способны проводить электрический ток через клетку. Действительно, этот тип белка оказался вторым по распространённости в волосках. Учёные назвали новый белок FLYCATCHER1.

Чтобы проверить белок, коллеги из Исследовательского института Скриппса ввели его в клетки млекопитающих. Клетки ответили генерацией электрического тока при прикосновении, доказав, что белок чувствителен к механическим стимулам.

Команда обнаружила тот же белок в щупальцах росянки, хищного растения, близкого родственника венериной мухоловки. У росянки эти липкие щупальца чувствуют движение борющегося насекомого, стимулируя лист скручиваться и захватывать добычу.

"Эти данные являются дополнительным доказательством того, что белок FLYCATCHER1 играет критическую роль в триггерных волосках венериной мухоловки и в механизмах растения, чувствующих и реагирующих на прикосновение", — говорит Чори.

Следующим шагом авторы исследования хотят провести "нокаутный" тест и вырастить генетически модифицированные мухоловки без этого белка. Если эти мухоловки не смогут чувствовать прикосновение, это окончательно докажет, что белок FLYCATCHER1 ответственен за эту функцию.