捕蠅草如何捕捉獵物

A昆蟲被誘人的氣味所吸引，落在捕蠅草張開的葉子上。它四處張望，不小心擦到了陷阱的一根扳機毛。動作電位穿過葉片。昆蟲繼續(xù)移動并彎曲另一根扳機毛，傳播第二個動作電位;突然，葉子突然閉合，將昆蟲困住，將其包裹在消化液中，并吸收昆蟲豐富的營養(yǎng)。

人們已經假設了這兩次輕觸如何觸發(fā)葉子突然關閉，但從未得到證實?，F在，在《當代生物學》上發(fā)表的一項新研究中，一組研究人員敲除了兩個離子通道，使其更難產生動作電位，并證明了這些通道在葉片閉合中的重要性。1

“這篇論文是一項非常大的技術進步，”維爾茨堡大學的植物生物物理學家雷納·赫德里奇(RainerHedrich)說，他沒有參與這項研究。“敲除可興奮植物中的基因并測試假設是可能的。”

幾個世紀以來，食肉植物及其快速運動一直讓科學家們著迷。1870年代，達爾文和他的同事討論了電流如何在葉子閉合中發(fā)揮作用。2,3,4最近，科學家發(fā)現觸發(fā)毛中表達的機械敏感離子通道FLYCATCHER1(FLYC1)和FLYCATCHER2(FLYC2)可能與觸摸敏感度相關。5盡管捕蠅草的基因組已測序，但尚未對離子通道基因進行靶向突變來最終證明它們在葉子閉合中的作用。

因此，索爾克研究所的植物生物學家CarlProcko和JoanneChory決定使用CRISPR-Cas9突變FLYC1和FLYC2，以研究它們的功能?？茖W家們假設昆蟲的觸摸會導致扳機毛的感覺細胞膜變形，從而導致這些離子通道的打開以及膜的去極化和電信號傳導。

Procko在組織培養(yǎng)物中培養(yǎng)捕蠅草植物，然后將覆蓋有含有CRISPR-Cas9系統(tǒng)組件的質粒DNA的金顆粒射入細胞中。在質粒中，研究人員還添加了一個熒光蛋白基因，用于識別攜帶質粒的組織。該團隊繁殖了轉基因細胞并最終培育出了新植物。該植物呈花葉狀;它在一些葉臂中攜帶質粒DNA，而另一些葉臂則為野生型。

普羅科選擇了完全轉基因(和熒光)的小葉，并在組織培養(yǎng)中將它們克隆分離。為了確定葉子是單突變體還是雙突變體，Procko使用基于PCR的桑格測序和基因分型。他為一些實驗選擇了單突變體，為另一些實驗選擇了雙突變體。然后他將這些植物種植在土壤中，并繼續(xù)在溫室中種植。

接下來，他通過安裝在顯微操縱器上的細火拋光玻璃棒的觸摸來觸發(fā)雙突變植物;它們關閉的頻率和速度與野生型植物一樣。“你會得到一株看起來很正常的植物，”普羅科說。“你坐在那里，有點撓頭。”普羅科認為缺陷可能比使用相對較大的移液器接觸所能檢測到的缺陷要小，并決定尋找另一種更精細的定量測定方法。

他與同樣在索爾克研究所從事超聲波研究的分子神經生物學家SreekanthChalasani合作。當研究小組使用超聲波刺激扳機毛，用一種新的、更靈敏的方法測試植物時，FLYC1-FLYC2雙突變體顯示出一個顯著的缺陷：突變植物比野生型植物需要更大的超聲波壓力來誘導陷阱關閉。研究小組指出，用超聲波刺激的單個FLYC1突變體與野生型植物一樣封閉。普羅科認為，玻璃棒的強力機械刺激可能非常大，以至于它可以通過觸發(fā)毛發(fā)中不同的機械敏感離子通道起作用。

“現在下一步是開始研究扳機毛內的其他機械敏感通道，”普羅科說。“我們可以開始改變其中一些通道??，并將它們放入各種組合中，以準確了解哪些機械敏感通道是最重要的，或者是否需要將它們全部組合在一起才能獲得扳機毛的非常精致的觸覺靈敏度。”Hedrich的團隊目前正致力于敲除鈣通道基因高滲門控鈣滲透通道(OSCA)。

普羅科承認，他并不確切知道超聲波檢測與觸摸有何關系，這限制了這項研究。“這是一種機械刺激。我們喜歡認為它與觸摸有關，但它也可能是將刺激直接施加到感覺膜上并改變膜。所以，這仍然是一個問號，”普羅科說。

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