捕蝇草如何捕捉猎物

A昆虫被诱人的气味所吸引，落在捕蝇草张开的叶子上。它四处张望，不小心擦到了陷阱的一根扳机毛。动作电位穿过叶片。昆虫继续移动并弯曲另一根扳机毛，传播第二个动作电位;突然，叶子突然闭合，将昆虫困住，将其包裹在消化液中，并吸收昆虫丰富的营养。

人们已经假设了这两次轻触如何触发叶子突然关闭，但从未得到证实。现在，在《当代生物学》上发表的一项新研究中，一组研究人员敲除了两个离子通道，使其更难产生动作电位，并证明了这些通道在叶片闭合中的重要性。1

“这篇论文是一项非常大的技术进步，”维尔茨堡大学的植物生物物理学家雷纳·赫德里奇(RainerHedrich)说，他没有参与这项研究。“敲除可兴奋植物中的基因并测试假设是可能的。”

几个世纪以来，食肉植物及其快速运动一直让科学家们着迷。1870年代，达尔文和他的同事讨论了电流如何在叶子闭合中发挥作用。2,3,4最近，科学家发现触发毛中表达的机械敏感离子通道FLYCATCHER1(FLYC1)和FLYCATCHER2(FLYC2)可能与触摸敏感度相关。5尽管捕蝇草的基因组已测序，但尚未对离子通道基因进行靶向突变来最终证明它们在叶子闭合中的作用。

因此，索尔克研究所的植物生物学家CarlProcko和JoanneChory决定使用CRISPR-Cas9突变FLYC1和FLYC2，以研究它们的功能。科学家们假设昆虫的触摸会导致扳机毛的感觉细胞膜变形，从而导致这些离子通道的打开以及膜的去极化和电信号传导。

Procko在组织培养物中培养捕蝇草植物，然后将覆盖有含有CRISPR-Cas9系统组件的质粒DNA的金颗粒射入细胞中。在质粒中，研究人员还添加了一个荧光蛋白基因，用于识别携带质粒的组织。该团队繁殖了转基因细胞并最终培育出了新植物。该植物呈花叶状;它在一些叶臂中携带质粒DNA，而另一些叶臂则为野生型。

普罗科选择了完全转基因(和荧光)的小叶，并在组织培养中将它们克隆分离。为了确定叶子是单突变体还是双突变体，Procko使用基于PCR的桑格测序和基因分型。他为一些实验选择了单突变体，为另一些实验选择了双突变体。然后他将这些植物种植在土壤中，并继续在温室中种植。

接下来，他通过安装在显微操纵器上的细火抛光玻璃棒的触摸来触发双突变植物;它们关闭的频率和速度与野生型植物一样。“你会得到一株看起来很正常的植物，”普罗科说。“你坐在那里，有点挠头。”普罗科认为缺陷可能比使用相对较大的移液器接触所能检测到的缺陷要小，并决定寻找另一种更精细的定量测定方法。

他与同样在索尔克研究所从事超声波研究的分子神经生物学家SreekanthChalasani合作。当研究小组使用超声波刺激扳机毛，用一种新的、更灵敏的方法测试植物时，FLYC1-FLYC2双突变体显示出一个显着的缺陷：突变植物比野生型植物需要更大的超声波压力来诱导陷阱关闭。研究小组指出，用超声波刺激的单个FLYC1突变体与野生型植物一样封闭。普罗科认为，玻璃棒的强力机械刺激可能非常大，以至于它可以通过触发毛发中不同的机械敏感离子通道起作用。

“现在下一步是开始研究扳机毛内的其他机械敏感通道，”普罗科说。“我们可以开始改变其中一些通道​​，并将它们放入各种组合中，以准确了解哪些机械敏感通道是最重要的，或者是否需要将它们全部组合在一起才能获得扳机毛的非常精致的触觉灵敏度。”Hedrich的团队目前正致力于敲除钙通道基因高渗门控钙渗透通道(OSCA)。

普罗科承认，他并不确切知道超声波检测与触摸有何关系，这限制了这项研究。“这是一种机械刺激。我们喜欢认为它与触摸有关，但它也可能是将刺激直接施加到感觉膜上并改变膜。所以，这仍然是一个问号，”普罗科说。

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