Para cazar moscas y otros animales pequeños, la Venus atrapamoscas tiene que ser más rápida que su presa. Para ello, ha desarrollado un órgano de captura que puede cerrarse en una fracción de segundo y está controlado por las redes de señalización más rápidas conocidas en las plantas. Una señal eléctrica conocida como potencial de acción está en el corazón de esta red. Cuando una mosca toca uno de los seis pelos sensoriales de la trampa para moscas de Venus, se genera un potencial de acción que activa la trampa. Un segundo potencial de acción finalmente activa el órgano de captura.

El hecho de que las señales eléctricas permitan que la trampa para moscas de Venus atrape presas se conoce desde hace más de 150 años. Un equipo dirigido por el profesor Rainer Hedrich, biofísico de la Universidad Julius Maximilians (JMU) Würzburg, Alemania, ha investigado ahora los componentes moleculares que son responsables de generar el potencial de acción, un problema que no se había explorado anteriormente. En el número actual de la revista Current Biology , los científicos presentan ahora los resultados de su trabajo. Su atención se centra en los canales receptores de glutamato y las proteínas de transporte de iones que inician el potencial de acción y lo mantienen en marcha.

Cuando la Venus atrapamoscas se vuelve eléctricamente excitable

Una pregunta fundamental para el equipo fue en qué punto de su desarrollo el órgano de captura de Venus atrapamoscas se vuelve eléctricamente excitable en primer lugar. La respuesta la dio el primer autor Sönke Scherzer:"Solo cuando la trampa está completamente desarrollada y se abre por primera vez, dispara sus potenciales de acción arquetípicos".

Un potencial de acción se manifiesta como una desviación transitoria del potencial de membrana de una célula:el voltaje eléctrico entre el interior y el exterior de la célula. Durante un potencial de acción, el potencial de membrana generalmente cae rápidamente durante la despolarización, solo para aumentar nuevamente durante la repolarización posterior, inicialmente por encima del valor original en reposo antes de acercarse lentamente a su valor original nuevamente. El potencial de acción de la trampa para moscas de Venus generalmente dura solo uno o dos segundos y se propaga como una onda.

Para la comunicación dentro de la célula, así como entre células, tejidos y órganos, las plantas utilizan además ondas de calcio, que están mediadas por Ca ²⁺ con carga positiva. iones, sirviendo como mensajeros secundarios. "Usando trampas para moscas que portaban el gen de una proteína reportera de iones de calcio, pudimos demostrar que los potenciales de acción y las señales de calcio no solo operan de manera coordinada, sino que también se propagan a la misma velocidad", explica Rainer Hedrich.

Descubrimiento sorprendente en la composición genética

Con la experiencia de Ines Kreuzer y Anda Iosip, el equipo identificó los genes que codifican esta vía de señalización. "La Venus atrapamoscas necesita menos de medio día para abrir su órgano de captura por primera vez", dice Kreuzer. "Por lo tanto, observamos aquellos genes que se expresan de manera diferencial cuando la trampa entra en su etapa excitable".

Entre los genes más expresados, el equipo de Würzburg identificó un canal receptor de glutamato, una observación sorprendente, dice el coautor Manfred Heckmann, presidente de fisiología con un enfoque en neurofisiología en JMU. "El glutamato funciona como un neurotransmisor en humanos. Si los canales de la planta también funcionan como canales receptores de glutamato, la estimulación con glutamato debe desencadenar una señal de iones de calcio y un potencial de acción", dice Heckmann.

De los perfiles de expresión génica al modelo AP

Los nuevos conocimientos adquiridos por el equipo de investigación de Würzburg solo permiten una conclusión:la entrada de iones de calcio inicia el potencial de acción a través del canal del receptor de glutamato. La pregunta sigue siendo:¿Cómo se acelera el potencial de acción?

Tras un examen más detenido de los genes, un canal de aniones, un canal de potasio y una bomba de protones llamaron la atención del equipo como actores potenciales en este proceso. Con la ayuda del profesor Ingo Dreyer, ex becario de JMU, que ahora trabaja como bioinformático de biofísica en la Universidad de Calca en Chile, pudieron describir el proceso en detalle.

En consecuencia, los iones de calcio que ingresan a las células trampa a través de los canales del receptor de glutamato representan el iniciador. Como segundos mensajeros, inician la apertura de los canales de aniones. La salida de aniones da como resultado la despolarización del potencial de membrana. La despolarización, a su vez, abre los canales de iones de potasio, iniciando la fase de repolarización a través del flujo de salida de potasio. A medida que avanza la repolarización, la bomba de protones se encarga de devolver el proceso a su estado inicial.

El complejo potencial de acción del atrapamoscas de Venus

Entonces, en comparación con sus víctimas, el potencial de acción de la trampa para moscas de Venus es mucho más complejo. "Mientras que el potencial de acción de los humanos y las moscas se basa en un solo canal de sodio y uno de potasio, Venus atrapamoscas posee dos componentes adicionales", explica Rainer Hedrich.

Por lo tanto, un pariente del canal de potasio de la mosca, junto con la bomba de protones, garantiza la repolarización del potencial de acción en la trampa para moscas. Los canales de sodio no juegan ningún papel en este proceso en las plantas. En cambio, la despolarización del potencial de acción de la trampa para moscas se logra mediante la acción concertada de un canal de calcio receptor de glutamato y un canal de anión dependiente de calcio.

Perspectivas e investigaciones futuras

Los genomas de las plantas codifican alrededor de 20 canales receptores de glutamato pero no tienen sinapsis. ¿Para qué necesita la planta tantos receptores? ¿De dónde proviene el glutamato durante la estimulación y cómo se mantiene en estado de reposo? El equipo de Hedrich planea abordar estas preguntas en próximos estudios. "Pronto podremos aclarar esto con la ayuda de sensores de glutamato codificados genéticamente en las plantas", dice Hedrich.

"Con respecto a la estructura, función y regulación de los canales receptores de glutamato y los transportadores de glutamato, actualmente tenemos más preguntas que respuestas. Es posible que la evolución nos esté mostrando el camino aquí. En plantas terrestres muy tempranas, encontramos especies con solo un canal del receptor de glutamato. La pregunta es si existe una conexión entre la evolución de estos canales y la excitabilidad de las plantas. Eso es lo que estamos decididos a descubrir". + Explora más

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