El sofisticado sensor de presión de la Venus atrapamoscas

Encuentran los genes que sirven en todo el reino vegetal para convertir los estímulos mecánicos locales en señales sistémicas

Todas las células vegetales pueden reaccionar con el tacto o con una herida. La carnívora Venus atrapamoscas (Dionaea muscipula) tiene órganos muy sensibles para este propósito: pelos sensoriales que registran incluso los estímulos mecánicos más débiles, los amplifican y los convierten en señales eléctricas que luego se propagan rápidamente por el tejido vegetal.

Investigadores de la Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg en Baviera, Alemania, han aislado pelos sensoriales individuales y han analizado el acervo genético activo en la captura de insectos. "En el proceso, encontramos por primera vez los genes que presuntamente sirven en todo el reino vegetal para convertir los estímulos mecánicos locales en señales sistémicas", dice el profesor Rainer Hedrich, investigador de plantas de la JMU. Eso es bueno, porque hasta ahora no se sabía prácticamente nada sobre los mecanorreceptores en las plantas.

Los pelos sensoriales convierten el tacto en electricidad

La trampa con bisagras de la Dionaea consta de dos mitades, cada una con tres pelos sensoriales. Cuando un pelo se dobla al tacto, se genera una señal eléctrica, un potencial de acción, en su base. En la base del pelo hay células en las que los canales iónicos se abren debido al estiramiento de la membrana envolvente y se vuelven conductores de electricidad. La parte superior del pelo sensorial actúa como una palanca que amplifica el estímulo desencadenado incluso por la presa más ligera.

Estos sensores de micro-fuerza-tacto transforman así el estímulo mecánico en una señal eléctrica que se extiende desde el pelo por toda la trampa de la aleta. Después de dos potenciales de acción, la trampa se cierra de golpe. Según el número de potenciales de acción desencadenados por la presa durante sus intentos de liberarse, la planta carnívora calcula si la presa es lo suficientemente grande, si vale la pena poner en marcha la elaborada digestión.

Imagen: Trampa abierta de Dionaea muscipula con presa potencial. Medio: parte basal de un cabello desencadenante, donde los potenciales de acción se provocan en las células sensoriales tras la estimulación táctil. Durante la última fase del potencial de acción, los iones de potasio deben reimportarse a las células sensoriales a través de KDM1 para permitir la generación de potenciales de acción consecutivos. (Imagen: Ines Kreuzer, Sönke Scherzer/Universität Würzburg)

De los genes a la función del sensor táctil

Para investigar la base molecular de esta función única, el equipo de Hedrich 'cosechó' alrededor de 1.000 pelos sensoriales. Junto con el profesor Jörg Schultz, bioinformático de la JMU, se propusieron identificar los genes en los pelos.

"En el proceso, notamos que la huella digital de los genes activos en el pelo difiere de la de los otros tipos de células en la trampa", dice Schulz. ¿Cómo se convierte el estímulo mecánico en electricidad? "Para responder a esto, nos centramos en los canales iónicos que se expresan en el pelo sensorial o se encuentran exclusivamente allí", dice Hedrich.

En busca de más canales iónicos

Destacó el canal de potasio sensorial-específico KDM1 del pelo. Los métodos electrofisiológicos recientemente desarrollados demostraron que sin este canal, se pierde la excitabilidad eléctrica de los pelos sensoriales, es decir, ya no pueden disparar potenciales de acción. "Ahora necesitamos identificar y caracterizar los canales iónicos que juegan un importante papel en las primeras fases del potencial de acción", dijo Hedrich.

El equipo de Hedrich presenta los resultados en la revista de acceso abierto PLOS Biology: The Venus flytrap trigger hair–specific potassium channel KDM1 can reestablish the K+ gradient required for hapto-electric signaling