Genes especiales detrás del sensor de presión del atrapamoscas Venus

Trampa abierta de Dionaea muscipula con presa potencial. Medio: parte basal de un cabello desencadenante, donde los potenciales de acción se provocan en las células sensoriales tras la estimulación táctil. Durante la fase tardía del potencial de acción, los iones de potasio deben ser reimportados a las células sensoriales a través de KDM1 para permitir la generación de potenciales de acción consecutivos. Crédito: Ines Kreuzer, Soenke Scherzer / Universidad de Wuerzburg

La pantalla de un teléfono inteligente reacciona a la presión de los dedos. El carnívoro Venus atrapamoscas, por otro lado, incluso se da cuenta cuando un peso ligero como una mosca aterriza sobre él. Los genes especiales lo hacen posible.

Todas las células vegetales pueden reaccionar con el tacto o con una herida. La Venus atrapamoscas carnívora (Dionaea muscipula) tiene órganos muy sensibles para este propósito: pelos sensoriales que registran incluso los estímulos mecánicos más débiles, los amplifican y los convierten en señales eléctricas que luego se propagan rápidamente por el tejido vegetal.

Investigadores de Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg en Baviera, Alemania, han aislado pelos sensoriales individuales y han analizado el acervo genético activo en la captura de insectos. “En el proceso, encontramos por primera vez los genes que presumiblemente sirven en todo el reino vegetal para convertir los estímulos mecánicos locales en señales sistémicas”, dice el profesor Rainer Hedrich, investigador de plantas de JMU.

Eso es bueno, porque prácticamente no se sabía nada sobre los mecanorreceptores en las plantas hasta ahora. El equipo de Hedrich presenta los resultados en la revista de acceso abierto PLOS Biología.

Los pelos sensoriales convierten el tacto en electricidad

La trampa con bisagras de Dionaea consta de dos mitades, cada una de las cuales lleva tres pelos sensoriales. Cuando un cabello se dobla al tacto, se genera una señal eléctrica, un potencial de acción, en su base. En la base del cabello hay células en las que los canales iónicos se abren debido al estiramiento de la membrana envolvente y se vuelven conductores de electricidad. La parte superior del cabello sensorial actúa como una palanca que amplifica el estímulo desencadenado incluso por la presa más ligera.

Estos sensores de micro-fuerza-tacto transforman así el estímulo mecánico en una señal eléctrica que se extiende desde el cabello por toda la trampa de la aleta. Después de dos potenciales de acción, la trampa se cierra de golpe. Según el número de potenciales de acción desencadenados por la presa durante sus intentos de liberarse, la planta carnívora estima si la presa es lo suficientemente grande, si vale la pena poner en marcha la elaborada digestión.

De los genes a la función del sensor táctil

Para investigar la base molecular de esta función única, el equipo de Hedrich «cosechó» unos 1000 cabellos sensoriales. Junto con el profesor Jörg Schultz, bioinformático de la JMU, se propusieron identificar los genes en los pelos.

“En el proceso, notamos que la huella dactilar de los genes activos en el cabello difiere de la de los otros tipos de células en la trampa”, dice Schulz. ¿Cómo se convierte el estímulo mecánico en electricidad? “Para responder a esto, nos enfocamos en los canales iónicos que se expresan en el cabello sensorial o que se encuentran exclusivamente allí”, dice Hedrich.

En busca de más canales iónicos

Se destacó el canal de potasio sensorial específico del cabello KDM1. Los métodos electrofisiológicos recientemente desarrollados mostraron que sin este canal, se pierde la excitabilidad eléctrica de los pelos sensoriales, es decir, ya no pueden disparar potenciales de acción. “Ahora necesitamos identificar y caracterizar los canales iónicos que juegan un papel importante en las primeras fases del potencial de acción”, dijo Hedrich.

Referencia: «El pelo del gatillo de Venus atrapamoscas: el canal de potasio específico KDM1 puede restablecer el gradiente de K + necesario para la señalización haptoeléctrica» ​​por Anda L. Iosip, Jennifer Böhm, Sönke Scherzer, Khaled AS Al-Rasheid, Ingo Dreyer, Jörg Schultz, Dirk Becker, Ines Kreuzer y Rainer Hedrich, 9 de diciembre de 2020, PLOS Biología.
DOI: 10.1371 / journal.pbio.3000964