Los estallidos de fluorescencia revelan cómo y por qué la planta sensible Mimosa pudica mueve sus hojas rápidamente

Saitama, Japón: Las plantas carecen de los nervios y músculos que permiten que los animales se muevan rápidamente. Sin embargo, la Mimosa pudica, comúnmente llamada planta sensible, vergüenza o que no me toques, mueve sus hojas doblando el órgano motor “pulvinus” inmediatamente en respuesta al tacto y la lesión. Desde la era de Charles Darwin se ha estudiado este espectacular movimiento de las hojas. Sin embargo, las moléculas de señalización de larga distancia que desencadenan los movimientos rápidos de las hojas y los roles fisiológicos de este movimiento siguen sin explorarse.

El equipo, dirigido por el profesor Masatsugu Toyota (Universidad de Saitama, Japón), reveló qué señales viajan largas distancias y desencadenan movimientos rápidos en Mimosa pudica y por qué Mimosa pudica mueve sus hojas inmediatamente.

La investigación fue publicada el 14 de noviembre en Nature Communications. Takuma Hagihara dirigió el trabajo como Ph.D. estudiante en el laboratorio de Toyota y colaboró ​​con investigadores en el laboratorio de Hasebe en el Instituto Nacional de Biología Básica, Japón.

“Para clarificar las señales de larga distancia y las funciones fisiológicas de los movimientos rápidos de las hojas, creamos Mimosa pudica transgénica ‘fluorescente’ e ‘inmóvil’”, dice Toyota. Los videos demuestran que los estallidos de fluorescencia viajan rápidamente a través de las hojas y provocan movimientos de las hojas (videos n.º 1 y n.º 2). La luz fluorescente rastrea el calcio citosólico en tiempo real.

“Mimosa pudica cierra sus hojas apenas 0,1 segundos después de la llegada de Ca²⁺ signos en el órgano motor pulvini”, agrega Toyota (Video #3).

Estudios anteriores han sugerido que las señales eléctricas, como un potencial de acción, son fundamentales para los movimientos rápidos de las hojas en Mimosa pudica.

“Hemos desarrollado un sistema de registro simultáneo de Ca citosólico²⁺ y señales eléctricas para revelar la relación espacio-temporal entre estas señales”, dice Toyota. Al lesionar la hoja, el Ca²⁺ y las señales eléctricas se propagaron sistémicamente a velocidades similares y pasaron por el sitio de grabación en un tiempo similar (Video #4). Por lo tanto, el Ca de larga distancia²⁺ y las señales eléctricas se acoplaron espaciotemporalmente en Mimosa pudica.

Pretratamiento de hojas de Mimosa pudica con Ca²⁺ inhibidores de los canales, La³⁺ y verapamilo, y Ca²⁺ reactivo quelante, EGTA, bloqueó tanto Ca²⁺/señales eléctricas y movimientos de hojas en respuesta a heridas. Estos datos apoyan la idea de que Ca²⁺ actúa como una molécula de señalización de larga distancia que desencadena movimientos rápidos de las hojas en Mimosa pudica.

“Mimosa pudica es una de las plantas más famosas por sus espectaculares movimientos”, dice Toyota. «Sin embargo, si bien hay muchas hipótesis sobre las funciones fisiológicas de los movimientos rápidos de las hojas, no se ha dilucidado científicamente por qué Mimosa pudica mueve sus hojas».

Utilizando la técnica de edición del genoma CRISPR/Cas9, el equipo de científicos de Toyota creó un mutante elp1b «inmóvil» sin órgano motor pulvini. Compararon la Mimosa pudica móvil de tipo salvaje y la Mimosa pudica genética y farmacológicamente inmóvil y encontraron que los insectos herbívoros como los saltamontes consumían estas hojas inmóviles más que las hojas de tipo salvaje.

También visualizaron el Ca²⁺ señales, movimientos de hojas y el comportamiento de un saltamontes en la hoja bajo un microscopio. Cuando son alimentados por la langosta, los folletos se mueven secuencialmente en paralelo con la propagación de Ca²⁺ señales y desde allí el saltamontes dejó de alimentarse y se alejó (Videos #5 y #6).

“Finalmente obtuvimos evidencia de que los movimientos rápidos basados ​​​​en la propagación de Ca²⁺ y las señales eléctricas protegen a Mimosa pudica de los ataques de insectos”, dice Toyota. “Las plantas tienen varios sistemas de comunicación que normalmente están ocultos; Ver para creer”, añade.