有计数障碍的变异植物

新发现的维纳斯捕蝇草的计算障碍突变体已经失去了计算电脉冲的能力。维尔茨堡的研究人员揭示了缺陷的原因。

食肉捕蝇草(Dionaeamuscipula)可以数到五：维尔茨堡生物物理学家RainerHedrich教授的这一发现在2016年引起了全世界的轰动。但是这种植物是如何计数的呢?

来自德国巴伐利亚Julius-Maximilians-UniversitätWürzburg(JMU)的Hedrich团队现已在CurrentBiology杂志上描述了关键组成部分。研究人员在一种失去计数能力的维纳斯捕蝇草突变体中找到了他们正在寻找的东西。

维纳斯捕蝇草数着它的猎物

维纳斯捕蝇草可以在其位于北卡罗来纳州和南卡罗来纳州沼泽地的营养贫乏的家园中生存，因为小动物是其猎物范围的一部分。为此，这种食虫植物将叶子变成了捕捉器。

陷阱的两半各有三到四根感觉毛，即使是非常小的苍蝇，如蚊子，它们也能感觉到触摸。但是，陷阱不会在第一次触摸时关闭，而只会在第二次触摸时关闭。因此，它必须记住第一个触摸并以闪电般的速度关闭“第二”。

图片来源：维尔茨堡大学

陷阱使钙信号有意义

但这还不是全部：如果被捕获的猎物继续触摸感觉毛发，则在第三次、第四次和第五次触摸时逐渐调用基因编码程序。

在这个过程中，激素茉莉酸被合成，陷阱被密封并形成消化分泌物以打开动物餐。并且运输蛋白就位。它们随后将从猎物释放的养分吸收到植物体内。

每次触摸感觉毛时，维纳斯捕蝇草都会发出一种电脉冲，称为动作电位，它会传播到整个捕蝇草。动作电位由钙信号触发并由钙波携带。RainerHedrich解释说：“计数是关于测量单个钙尖峰，并在陷阱关闭和猎物加工过程中对它们进行计算。”

计算障碍突变体不算数

在一次植物展览会上，《当代生物学》杂志的合著者SönkeScherzer博士发现了一种维纳斯捕蝇草，它不会在“两个”时关闭，也不会在进一步接触时处理猎物。“这个突变体显然已经忘记了如何计数，这就是我将其命名为计算障碍(DYSC)的原因，”Hedrich说。

为了找出数字残疾的原因，Hedrich的团队检查了突变体的触觉介导动作电位。事实证明，触觉和相关的动作电位没有改变。因此，动作电位下的钙信号也不会受到突变的影响。

因此，怀疑落在了后续工艺的缺陷上。维尔茨堡研究人员的这一假设是正确的：在施用接触激素茉莉酸后，陷阱快速关闭的缺陷并未得到治愈，但依赖于茉莉酸的猎物加工过程得以恢复。因此，在钙信号的解码中发现了DYSC缺陷。

基因表达模式分析

这就是InesKreuzer博士的用武之地。分子生物学家和DYSC项目负责人在突变体中寻找触摸刺激后基因表达模式的变化。

“在这样做的过程中，我们专注于突变体中不再通过触摸正确定位的基因，”JMU科学家说。通过这种方式，可以将圈子缩小到钙信号通路中充当解码器的几个组件。

这些潜在的钙解码器具有钙结合域。结合后，它们修饰效应蛋白。这包括对茉莉酸生物合成很重要的酶LOX3。另一方面，茉莉酸非依赖性快速陷阱关闭的关键组成部分是由钙激活的阴离子通道。

研究人员现在计划识别钙解码器及其效应蛋白。“为了明确地澄清这一点，我们目前正在追求两个方向，”海德里希说。

他的团队以高分辨率分析了维纳斯捕蝇草的基因组，以便研究人员可以直接寻找基因修饰。在第二种方法中，他们正在研究在接触猎物时发生修饰并改变其活性的蛋白质。“通过这种方式，我们想关闭这个圈子，找出植物如何区分彼此的数字，即它是如何计数的。”