AUn insecto se posa en las hojas abiertas de una planta atrapamoscas Venus, atraído por un aroma atractivo. Husmea y accidentalmente roza uno de los pelos del gatillo de la trampa. Un potencial de acción se dispara a través de la lámina de la hoja. El insecto sigue moviéndose y dobla otro pelo gatillo, propagando un segundo potencial de acción; De repente, las hojas se cierran, atrapando al insecto, envolviéndolo en jugos digestivos y absorbiendo sus ricos nutrientes.

Se ha planteado la hipótesis de cómo estos dos ligeros toques provocan el cierre abrupto de las hojas, pero nunca se ha demostrado. Ahora, en un nuevo estudio publicado en Biología actualun equipo de investigadores eliminó dos canales iónicos, lo que dificultó la producción de potenciales de acción y demostró la importancia de los canales en el cierre de las hojas.¹

«El artículo es un avance técnico muy grande», dijo el biofísico vegetal. Rainer Hedrich de la Universidad de Würzburg que no participó en el estudio. «Es posible eliminar genes en una planta excitable y probar hipótesis».

Las plantas carnívoras y sus rápidos movimientos han fascinado a los científicos durante siglos. En la década de 1870, Darwin y su colegas discutido como corrientes electricas jugó un papel en el cierre de las hojas.^2,3,4 Más recientemente, los científicos descubrieron canales iónicos mecanosensibles atrapamoscas1 (FLYC1) y atrapamoscas2 (FLYC2) expresado en pelos desencadenantes que pueden asociarse con la sensibilidad al tacto.⁵ Aunque el genoma de la Venus atrapamoscas está secuenciado, no se han realizado mutaciones específicas de los genes del canal iónico para demostrar de manera concluyente su papel en el cierre de las hojas.

Entonces, los biólogos vegetales Carl Procko y Joanne Chory en el Instituto Salk decidieron utilizar CRISPR-Cas9 para mutar FLYC1 y FLYC2 investigar sus funciones. Los científicos habían planteado la hipótesis de que el tacto de un insecto provoca la deformación de la membrana de la célula sensorial del pelo desencadenante, lo que provoca la apertura de estos canales iónicos y la despolarización de la membrana y la señalización eléctrica.

Procko cultivó plantas Venus atrapamoscas en cultivos de tejidos y luego disparó partículas de oro cubiertas con ADN plasmídico que contenía componentes del sistema CRISPR-Cas9 en las células. En el plásmido, los investigadores también incluyeron un gen para una proteína fluorescente para identificar el tejido que contiene el plásmido. El equipo propagó las células genéticamente transformadas y finalmente cultivó una nueva planta. La planta era mosaico; llevaba el ADN plásmido en algunos brazos de hojas, mientras que otros eran de tipo salvaje.

Procko eligió folletos que eran completamente transgénicos (y fluorescentes) y los separó clonalmente en cultivo de tejidos. Para determinar si las hojas eran mutantes simples o dobles, Procko utilizó la secuenciación y el genotipado de Sanger basados ​​en PCR. Eligió mutantes simples para algunos experimentos y mutantes dobles para otros. Luego plantó las plantas en la tierra y continuó cultivándolas en un invernadero.

A continuación, activó las plantas doblemente mutantes con un toque de una delgada varilla de vidrio pulida al fuego montada en un micromanipulador; se cerraron con la misma frecuencia y rapidez que las plantas silvestres. «Se obtiene una planta que parece normal», dijo Procko. «Te sientas ahí y te rascas un poco la cabeza». Procko pensó que tal vez el defecto era más pequeño de lo que podía detectarse con el toque relativamente grande de una pipeta y decidió buscar otro ensayo cuantitativo más sutil.

Colaboró ​​con el neurobiólogo molecular. Sreekanth Chalasani, también del Instituto Salk, que trabaja con ecografía. Cuando el equipo probó las plantas con un ensayo nuevo y más sensible que utiliza ondas de ultrasonido para estimular el pelo gatillo, el FLYC1-FLYC2 Los mutantes dobles mostraron un defecto significativo: las plantas mutadas requirieron una mayor presión de ultrasonido para inducir el cierre de la trampa que las plantas de tipo salvaje. El equipo notó que solo FLYC1 Los mutantes estimulados con ultrasonido se cerraron tan bien como las plantas de tipo salvaje. Procko cree que la estimulación mecánica de fuerza bruta con la varilla de vidrio puede ser tan grande que podría actuar a través de diferentes canales iónicos mecanosensibles en el pelo gatillo.

«El siguiente paso ahora es empezar a observar estos otros canales mecanosensibles que se encuentran dentro del pelo gatillo», dijo Procko. «Podemos empezar a mutar algunos de estos otros y ponerlos en varias combinaciones para ver exactamente qué canales mecanosensibles son los más importantes o si se necesitan todos juntos para obtener esa exquisita sensibilidad táctil del pelo del gatillo». El equipo de Hedrich está trabajando actualmente para eliminar un canal permeable al calcio dependiente de hiperosmolalidad del gen del canal de calcio (OSCA).

Procko reconoció que no sabía exactamente cómo se relaciona el ensayo de ultrasonido con el tacto, lo que limita el estudio. “Es un estímulo mecánico. Nos gusta pensar que está relacionado con el tacto, pero alternativamente podría ser aplicar ese estímulo directamente a las membranas sensoriales y alterar las membranas. Por lo tanto, esto sigue siendo un pequeño signo de interrogación”, afirmó Procko.

Referencias

1. Procko C, et al. Análisis mutacional de canales iónicos mecanosensibles en la planta carnívora Venus atrapamoscas. Curr Biol. 2023;33:3257-64.
2. Darwin, C. Plantas insectívoras. 1875.
3. Burdon-Sanderson, JS. Nota sobre los fenómenos eléctricos que acompañan a la irritación de la hoja de Dionaea muscipula.. Proc. R. Soc. Londres. 1873;21:139-147.
4. Williams, SE. Un saludo a Sir John Burdon-Sanderson y al Sr. Charles Darwin en el centenario del descubrimiento de la actividad nerviosa en la trampa para moscas de Venus.. PCN. 1973; vol. II(3) 41-43.
5. Procko C, et al. Canales iónicos activados por estiramiento identificados en las estructuras sensibles al tacto de plantas carnívoras Droseraceae. eVida. 2021;10:e64260.