Рослини оточені невидимою атмосферою летких сполук, за допомогою яких вони комунікують та захищаються. Подібно до запахів, ці сполуки відлякують травоїдних тварин і сигналізують сусіднім рослинам про потенційну загрозу.
Захисні сигнали рослин виявили ще в 1980-х роках, і вони відомі більш ніж у 80 видів. Нещодавно японські дослідники застосували методи візуалізації в режимі реального часу, щоб розкрити, як рослини сприймають і реагують на ці повітряні “сигнали тривоги”. Це стало важливим відкриттям, оскільки вчені знали про передачу сигналів, але не розуміли, як рослини їх сприймають.
У новому дослідженні молекулярні біологи Юрі Аратані та Такуя Уемура з Університету Сайтама розробили насос для перенесення летких сполук, що виділяються пошкодженими рослинами під час атаки комах. За допомогою флуоресцентного мікроскопа вони спостерігали, як непошкоджені рослини Arabidopsis реагують на сигнали своїх ушкоджених сусідів, які зазнали атаки гусениць Spodoptera litura.
Для точного відстеження кальцієвих сигналів дослідники використовували генетично модифіковані рослини з біосенсорами, що світяться зеленим при виявленні іонів кальцію. Ці сигнали також служать засобом комунікації в людських клітинах.
У своїх експериментах дослідники спостерігали, як рослини реагують на леткі сполуки, що виділяються пошкодженими рослинами протягом кількох секунд після травмування. Хоча ці сполуки подавалися не в природних умовах, а через спеціальний насос, це дозволило детально проаналізувати їхню дію.
На відео, знятому командою, видно, як непошкоджені рослини отримують сигнали тривоги від сусідів, відповідаючи кальцієвими спалахами, що розповсюджуються по листках.
Виявлено, що сполуки Z-3-HAL та E-2-HAL викликають кальцієві сигнали в рослинах Arabidopsis. Дослідники також визначили, які типи клітин першими реагують на ці сигнали, створивши рослини з флуоресцентними датчиками в різних клітинах.
Arabidopsis. (Аратані та ін. Nature Communications , 2023)
Захисні клітини на поверхні листя формують продихи, які діють як “ніздрі” рослини. Клітини мезофілу розташовані всередині листя, а епідермальні утворюють зовнішній шар. Спочатку сигнал надходить у захисні клітини, а потім передається в клітини мезофілу. Попередня обробка рослин фітогормоном, що закриває продихи, суттєво знижує сигналізацію кальцію, підтверджуючи важливість продихів як головних “сенсорних воріт” для сприйняття сигналів.
“Ми нарешті розгадали складну історію того, коли, де і як рослини реагують на повітряні “попереджувальні повідомлення” своїх сусідів, які стикаються з небезпекою,” — пояснив старший автор дослідження Масацугу Тойота з Університету Сайтама.
“Ця невидима комунікаційна мережа відіграє ключову роль у швидкому захисті сусідніх рослин від потенційних загроз”.
Ці дослідження японських вчених проливають світло на складну систему комунікації між рослинами, розкриваючи їхню здатність швидко й ефективно реагувати на небезпеку. Подальше вивчення таких сигналів може стати ключем до більш стійкого сільського господарства, де природні механізми захисту дозволять скоротити використання пестицидів. Це не лише допоможе зменшити вплив на екосистему, але й сприятиме розвитку екологічного землеробства.
Цей прорив у розумінні “мови” рослин відкриває нові перспективи для досліджень та практичного застосування знань у галузі біології. Завдяки цим зусиллям, вчені можуть створити ефективні стратегії для захисту рослин від шкідників, використовуючи їхню природну здатність обмінюватися попереджувальними сигналами. Такий підхід здатен суттєво підвищити врожайність та допомогти зберегти біорізноманіття нашої планети.
Дослідження Юрі Аратані, Такуї Уемури та їхніх колег дають надію, що в майбутньому ми зможемо краще розуміти та захищати навколишнє середовище, використовуючи унікальні природні можливості рослин. Джерело