Ученые раскрыли молекулярный механизм «осязания» венериной мухоловки

Венерина мухоловка обладает сенсорными волосками, которые обнаруживают добычу с помощью тактильных стимулов. Изгиб сенсорного волоска запускает Ca²⁺ и электрические сигналы, которые распространяются на листовую пластину. Автор: Масацугу Тойота/Университет Сайтамы

Растения лишены нервов, однако они могут чувствительно обнаруживать прикосновения других организмов. У венериной мухоловки высокочувствительные сенсорные волоски действуют как органы тактильного восприятия; при двойном касании с коротким интервалом они инициируют каскад закрытия, который захватывает добычу. Однако молекулярная природа тактильного сенсора долгое время оставалась неясной.

Доцент Хираку Суда и профессор Масацугу Тойота из Университета Сайтамы (Япония) вместе с коллегами и в сотрудничестве с исследовательской группой профессора Мицуясу Хасэбэ из Национального института фундаментальной биологии (Окадзаки, Япония) выявили, что ионный канал под названием DmMSL10, сосредоточенный в основании сенсорных волосков, является ключевым тактильным сенсором, который позволяет обнаруживать даже самые слабые касания добычи. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Чтобы визуализировать динамику Ca²⁺, команда создала мухоловки, экспрессирующие флуоресцентный индикаторный белок Ca²⁺ GCaMP6f, и использовала двухфотонную микроскопию с внутриклеточными электрическими записями.

«Наш подход позволил нам визуализировать момент, когда физический стимул преобразуется в биологический сигнал в живых растениях», — говорит Суда.

Команда наблюдала, что легкий изгиб вызывает локальное повышение Ca²⁺ и небольшое локальное электрическое изменение (рецепторный потенциал), которое остается локализованным.

Напротив, более сильный изгиб сначала вызывает больший рецепторный потенциал. Как только этот электрический сигнал пересекает порог — подобно переключению выключателя — он запускает универсальный большой электрический скачок (потенциал действия) вместе с волной Ca²⁺.

Оба сигнала затем распространяются от основания волоска к листовой пластине. Эти результаты указывают на то, что в основе этой реакции лежит пороговый механизм запуска потенциала действия, схожий по принципу с нервными системами животных.

Чтобы further проанализировать механизм, лежащий в основе этой тактильной сенсорной системы, команда использовала генетические инструменты для создания нокаутных растений DmMSL10 (с отключенным геном) и продемонстрировала роль DmMSL10 в тактильном восприятии.

У нокаутных растений DmMSL10 стимулы, которые вызывают потенциалы действия и дальнодействующие волны Ca²⁺ у растений дикого типа, вызывали только субпороговые рецепторные потенциалы и локальные сигналы Ca²⁺. Эти результаты показывают, что DmMSL10 действует как усилитель, усиливая первоначальный слабый электрический сигнал до тех пор, пока он не станет достаточно сильным, чтобы запустить потенциал действия.

Чтобы проверить релевантность в естественных условиях, команда создала небольшую экосистему, в которой муравьи свободно ходили по ловушкам. У растений дикого типа прикосновения муравьев вызывали волны Ca²⁺ по всей ловушке, за которыми следовало закрытие.

У нокаутных растений DmMSL10 эти волны возникали гораздо реже, и закрытий, как правило, было меньше.

«Наши результаты показывают, что DmMSL10 является ключевым механосенсором для высокочувствительных сенсорных волосков, которые позволяют обнаруживать тактильные стимулы даже от самых слабых, едва заметных контактов», — говорит Суда.

«Многие реакции растений возникают из-за механочувствительности — тактильного чувства растения — поэтому лежащие в основе молекулярные механизмы могут быть общими и за пределами венериной мухоловки».

Больше информации: MSL10 is a high-sensitivity mechanosensor in the tactile sense of the Venus flytrap, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-63419-w