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金星捕蠅器的壓力傳感器
來(lái)源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2020/12/23

捕蠅草的潛在陷阱。中部:觸發(fā)發(fā)的基部,在觸覺刺激下,感覺細(xì)胞會(huì)誘發(fā)動(dòng)作電位。在動(dòng)作電位的后期,需要通過(guò)KDM1將鉀離子重新導(dǎo)入感覺細(xì)胞,以產(chǎn)生連續(xù)的動(dòng)作電位。圖片來(lái)源:Ines Kreuzer,Soenke Scherzer /維爾茨堡大學(xué)


可以使所有植物細(xì)胞通過(guò)觸摸或傷害進(jìn)行反應(yīng)。食肉的維納斯捕蠅器(Dionaea muscipula)為此具有高度敏感的器官:感官毛發(fā)甚至可以記錄最弱的機(jī)械刺激,將其放大并轉(zhuǎn)換為電信號(hào),然后迅速在植物組織中傳播。


來(lái)自德國(guó)巴伐利亞州的維爾茨堡的朱利葉斯-馬克西米利安斯大學(xué)(JMU)的研究人員已經(jīng)分離出了各個(gè)感官毛發(fā),并分析了有效捕獲昆蟲的基因庫(kù)。JMU植物研究員Rainer Hedrich教授說(shuō):“在此過(guò)程中,我們首次發(fā)現(xiàn)了可能在整個(gè)植物界起作用的基因,將局部機(jī)械刺激轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)信號(hào)!


這是一件好事,因?yàn)榈侥壳盀橹梗瑢?duì)植物中的機(jī)械受體幾乎一無(wú)所知。海德里希(Hedrich)的團(tuán)隊(duì)在開放存取期刊《PLOS Biology》中介紹了結(jié)果。


感官的頭發(fā)將觸摸轉(zhuǎn)化為電能

Dionaea的鉸鏈?zhǔn)秸T捕器由兩半組成,每個(gè)半擔(dān)著三根感官毛發(fā)。當(dāng)頭發(fā)因觸摸而彎曲時(shí),會(huì)在其根部產(chǎn)生電信號(hào),即動(dòng)作電位。在頭發(fā)的根部是細(xì)胞,其中離子通道由于其包膜的拉伸而破裂而打開并變成導(dǎo)電的。感官毛發(fā)的上部充當(dāng)杠桿,放大甚至最輕的獵物觸發(fā)的刺激。


這些微力觸摸傳感器因此將機(jī)械刺激轉(zhuǎn)換為電信號(hào),該信號(hào)從頭發(fā)傳播到整個(gè)皮瓣捕集器。經(jīng)過(guò)兩個(gè)動(dòng)作電位后,陷阱會(huì)關(guān)閉。根據(jù)食肉動(dòng)物試圖釋放自己時(shí)觸發(fā)的動(dòng)作電位數(shù)量,食肉植物會(huì)估計(jì)獵物是否足夠大,是否值得讓精細(xì)的消化運(yùn)動(dòng)。


從基因到觸摸傳感器的功能

為了研究這種獨(dú)特功能的分子基礎(chǔ),Hedrich的團(tuán)隊(duì)“收獲”了大約1000根感官毛發(fā)。他們與JMU生物信息學(xué)家JrgSchultz教授一起著手鑒定頭發(fā)中的基因。


舒爾茨說(shuō):“在此過(guò)程中,我們注意到頭發(fā)中活躍的基因的指紋不同于陷阱中其他細(xì)胞類型的指紋! 機(jī)械刺激如何轉(zhuǎn)化為電能?Hedrich說(shuō):“為了回答這個(gè)問(wèn)題,我們專注于在感官頭發(fā)中表達(dá)的離子通道或?qū)iT在其中存在的離子通道!


尋找更多的離子通道

感覺頭發(fā)特異性鉀通道KDM1脫穎而出。新近開發(fā)的電生理方法表明,如果沒有該通道,感覺毛發(fā)的電興奮性就會(huì)喪失,即它們不再具有激發(fā)火勢(shì)的能力。Hedrich說(shuō):“現(xiàn)在我們需要鑒定和表征在動(dòng)作電位的早期階段起重要作用的離子通道!


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