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金星捕蝇器的压力传感器
来源:赛斯维传感器网 发表于 2020/12/23

捕蝇草的潜在陷阱。中部:触发发的基部,在触觉刺激下,感觉细胞会诱发动作电位。在动作电位的后期,需要通过kdm1将钾离子重新导入感觉细胞,以产生连续的动作电位。图片来源:ines kreuzer,soenke scherzer /维尔茨堡大学


可以使所有植物细胞通过触摸或伤害进行反应。食肉的维纳斯捕蝇器(dionaea muscipula)为此具有高度敏感的器官:感官毛发甚至可以记录最弱的机械刺激,将其放大并转换为电信号,然后迅速在植物组织中传播。


来自德国巴伐利亚州的维尔茨堡的朱利叶斯-马克西米利安斯大学(jmu)的研究人员已经分离出了各个感官毛发,并分析了有效捕获昆虫的基因库。jmu植物研究员rainer hedrich教授说:“在此过程中,我们首次发现了可能在整个植物界起作用的基因,将局部机械刺激转化为系统信号。”


这是一件好事,因为到目前为止,对植物中的机械受体几乎一无所知。海德里希(hedrich)的团队在开放存取期刊《plos biology》中介绍了结果。


感官的头发将触摸转化为电能

dionaea的铰链式诱捕器由两半组成,每个半担着三根感官毛发。当头发因触摸而弯曲时,会在其根部产生电信号,即动作电位。在头发的根部是细胞,其中离子通道由于其包膜的拉伸而破裂而打开并变成导电的。感官毛发的上部充当杠杆,放大甚至最轻的猎物触发的刺激。


这些微力触摸传感器因此将机械刺激转换为电信号,该信号从头发传播到整个皮瓣捕集器。经过两个动作电位后,陷阱会关闭。根据食肉动物试图释放自己时触发的动作电位数量,食肉植物会估计猎物是否足够大,是否值得让精细的消化运动。


从基因到触摸传感器的功能

为了研究这种独特功能的分子基础,hedrich的团队“收获”了大约1000根感官毛发。他们与jmu生物信息学家jrgschultz教授一起着手鉴定头发中的基因。


舒尔茨说:“在此过程中,我们注意到头发中活跃的基因的指纹不同于陷阱中其他细胞类型的指纹。” 机械刺激如何转化为电能?hedrich说:“为了回答这个问题,我们专注于在感官头发中表达的离子通道或专门在其中存在的离子通道。”


寻找更多的离子通道

感觉头发特异性钾通道kdm1脱颖而出。新近开发的电生理方法表明,如果没有该通道,感觉毛发的电兴奋性就会丧失,即它们不再具有激发火势的能力。hedrich说:“现在我们需要鉴定和表征在动作电位的早期阶段起重要作用的离子通道。”


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