Eine bekannte Nachrichtengeschichte ist das Biologen haben das Gen dafür gefunden… Aber manchmal ist die Geschichte komplizierter. Carl Procko und Kollegen haben verwendeten CRISPR-Genbearbeitungswerkzeuge, um Venusfliegenfallen-Pflanzen zu modifizieren zum ersten Mal, wie in berichtet Current Biology. Durch die Mutation der Trigger-Haar-Gene wollten sie herausfinden, wie diese fleischfressenden Pflanzen die Berührung ihrer Beute wahrnehmen, um ihre Fallen zuzuklappen. Das Verständnis der Biologie könnte zu einem besseren Verständnis der Signalübertragung in vielen Pflanzen führen.
Venusfliegenfallen haben eine ausgeklügelte Biologie entwickelt, um ihre Blätter in Fallen zum Fangen von Insektenbeute zu verwandeln. Aus den Blättern herausragende Drückerhaare spüren die Berührung landender Käfer. Dadurch werden elektrische Signale ausgelöst, die dafür sorgen, dass sich die beiden Lappen innerhalb eines Sekundenbruchteils um das Opfer schließen.
Procko und Kollegen untersuchten zwei Gene namens FLIEGENFÄNGER 1 und 2. Die Gene scheinen mit dem verbunden zu sein Venusfliegenfalle Signalsystem. Die Wissenschaftler beschlossen zu untersuchen, wie die Gene die Sinne der Pflanze beeinflussen, indem sie sie ausschalten. Mit einer Methode der Genbearbeitung, CRISPR-Cas9, konnten sie die Gene deaktivieren und sehen, was mit den Pflanzen passierte.
Zunächst stießen sie auf ein kleines Problem. Sie verwendeten eine Pipette, die mit einem Mikromanipulator verbunden war. Damit konnten sie die Drückerhaare der Pflanze um 5° bis 30° biegen. Sie stellten fest, dass sie ohne FLYCATCHER 1 keinen Unterschied zwischen den Standardpflanzen und den Mutanten feststellen konnten. Dieses Ergebnis war ein Problem. Procko und Kollegen schreiben.
Das Fehlen eines erkennbaren Unterschieds in flyc1 Dass mutierte Blätter in unserem harten, berührungsbasierten Test auftauchen, kann darauf zurückzuführen sein, dass die Ablenkung der Auslöserhaare groß genug ist, um subtile Defekte beim sensorischen Verlust zu überwinden. Tatsächlich ist der Auslöser äußerst empfindlich und kann eine Winkelabweichung von nur wenigen Grad erkennen. Um die Fähigkeit des Blattes, auf mechanische Stimulation zu reagieren, genauer beurteilen zu können, haben wir einen neuartigen ultraschallbasierten Test entwickelt. Freistehende, offene Fallen wurden so platziert, dass ein Blattlappen auf einem Ultraschallgel auf einem Wandler mit 2 cm Durchmesser ruhte. Anschließend wurde eine mechanische Stimulation in Form von gepulsten, mechanischen Ultraschallwellen mit zunehmendem Spitzenunterdruck (PNP) angewendet, bis sich die Falle schloss.
Procko et al. 2023
Die Ergebnisse zeigten Fliegenfallen mit mutierten Trigger-Haar-Genen waren immer noch in der Lage, sich zu schließen, wenn Insekten darauf landeten. Im Vergleich zu normalen Pflanzen benötigten sie jedoch stärkere Ultraschallimpulse, um sich zu schließen. Das deutet an FLIEGENFÄNGER Gene tragen zur Berührungsempfindung bei, sind aber nicht allein dafür verantwortlich. Statt FLIEGENFÄNGER Da es sich bei den Genen um die Gene für die Signale der Fallen handelt, scheint es eine Redundanz mit anderen beteiligten, nicht identifizierten Genen zu geben. Diese Redundanz ist ein Rätsel, sagen Procko und Kollegen:
Warum benötigt die Venusfliegenfalle mehrere mechanosensorische Ionenkanäle zur Erkennung von Beuteberührungen? Möglicherweise ist ein hohes Maß an Redundanz zwischen mechanosensorischen Kanälen wichtig für die Erzeugung eines robusten sensorischen Systems, das für den Beutefang erforderlich ist. Dieses System ist wichtig, um die Nährstoffaufnahme in den nährstoffarmen Böden, in denen die Pflanze wächst, zu unterstützen. Tatsächlich ist das Drückerhaar außerordentlich empfindlich und kann auf die Kraft sehr kleiner Beutetiere, wie zum Beispiel Ameisen, reagieren.
Procko et al. 2023
Diese Erkenntnisse entschlüsseln nicht nur die Biologie der Venusfliegenfalle, sondern zeigen auch das Potenzial dazu genetisch modifizieren diese einzigartigen Fleischfresser zum ersten Mal mit CRISPR. Es ist unwahrscheinlich, dass Procko und seine Kollegen dies tun, um in Zukunft effektivere Fliegenfallen zu entwickeln – es sei denn, sie haben eine ernsthafte Abneigung gegen die Wissenschaftler im Labor nebenan. Aufgrund der extremen Reaktionszeit der Venusfliegenfalle-Signalisierung ist es jedoch geeignet, zu testen, wie Pflanzen auf ihre Umgebung reagieren.
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Procko, C., Wong, WM, Patel, J., Mousavi, SAR, Dabi, T., Duque, M., Baird, L., Chalasani, SH und Chory, J. (2023) „Mutationsanalyse mechanosensitiver Ionenkanäle in der fleischfressenden Venusfliegenfalle" Current Biology, 33(15), S. 3257-3264.e4. Verfügbar um: https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.06.048.
Titelbild: Venusfliegenfalle. Bild: canva.
