Unijni naukowcy odkrywają, jak muchołówka stała się rośliną drapieżną
Muchołówka fascynuje biologów od wieków, ponieważ molekularne podstawy jej ewolucji w kierunku drapieżności pozostają w dużej mierze zagadką. W artykule opublikowanym w czasopiśmie »Genome Research«(odnośnik otworzy się w nowym oknie) naukowcy pracujący w ramach projektu CARNIVOROM naświetlają nieco tę niezgłębioną tajemnicę biologiczną. Muchołówka nie jest rzecz jasna jedyną rośliną mięsożerną: rosiczki zastawiają na swoje ofiary sidła w postaci kleistych macek a dzbaneczniki wykorzystują enzymy przyciągające owady, którymi się żywią. Agresywne zwyczaje żywieniowe roślin mięsożernych pozwalają im przetrwać na ubogiej glebie, dostarczając azotu i innych składników odżywczych. Wielu biologów już od dawna przypuszcza, że owe drapieżne zachowania wykształciły się, kiedy przodkowie dzisiejszych roślin mięsożernych, typowe mechanizmy broniące przed szkodliwymi owadami obrócili w broń zaczepną. Hipoteza ta zyskuje teraz silniejsze poparcie dzięki szczegółowym badaniom genetycznym muchołówek, podjętym w ramach projektu CARNIVORUM, kierowanego przez profesora Rainera Hedricha – biofizyka i profesora Jorga Schultza – bioinformatyka, z Bawarskiego Uniwersytetu Juliusza Maksymiliana w Würzburgu, Niemcy. Muchołówka rozpoznaje swoje ofiary za pomocą dotykowych czułek włosowatych znajdujących się na wewnętrznej powierzchni pułapki. Pod wpływem stymulacji czułki wytwarzają sygnał elektryczny przesyłany do pozostałych części rośliny. Po pierwszej stymulacji pułapka pamięta sygnał, ale jeszcze się nie zamyka. Zatrzaskuje się dopiero po drugiej stymulacji. Złapana ofiara raz po raz aktywuje czułki, powodując wysyłanie kolejnych sygnałów elektrycznych, które są „zapamiętywane” przez roślinę. Jak dotąd nie zidentyfikowano genów muchołówki, które byłyby specyficzne dla organizmów mięsożernych. Aby poznać ścieżki molekularne wykorzystywane w pochłanianiu owada, naukowcy z Niemiec wraz z partnerami z Arabii Saudyjskiej stworzyli całogenomowe profile transkrypcyjne pułapek sprzed polowania oraz po upolowaniu świerszcza i rozpoczęciu trawienia go. Następnie porównali te profile z innymi tkankami rośliny. Pułapki, w których nie doszło do stymulacji, cechują się schematami ekspresji genów podobnymi do liści, co potwierdza powszechne założenie, że pułapki to zmodyfikowane liście. Jednakże gruczoły wewnątrz pułapki, wspomagające trawienie i aktywowane po kilku godzinach, aby pomóc w absorpcji składników odżywczych, przypominają raczej schematy ekspresji genów obserwowane w korzeniach. Są one oczywiście niezbędne do pozyskiwania składników pokarmowych przez rośliny, które nie są mięsożerne. Kluczem do wyjątkowej ewolucji muchołówki wydaje się być chitynaza – enzym, który pozwala trawić chitynę z pancerza owada. „Zwykle kontakt z chityną oznacza dla rośliny zagrożenie – że owad zje roślinę” – mówi prof. Hedrich. „W przypadku muchołówki procesy obronne zostały przeprogramowane w trakcie ewolucji. Teraz roślina wykorzystuje je, aby zjadać owady”. Naukowcy wykorzystali mikroskopię elektronową, aby zbadać ultrastrukturę gruczołów i znaleźli wyspecjalizowane warstwy komórek, uczestniczące w produkowaniu wydzieliny, transporcie składników pokarmowych, przechowywaniu energii lipidów oraz biosyntezie białek, które są potrzebne do funkcjonowania pułapki. Projekt CARNIVORUM – finansowany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych (ERBN) – otrzymał niemal 2,5 mln EUR ze środków UE i zakończył się oficjalnie w lutym 2016 roku. Więcej informacji: strona projektu w serwisie CORDIS(odnośnik otworzy się w nowym oknie)
Kraje
Niemcy