Растения обмениваются адаптивной информацией, помогая им приспосабливаться к изменениям окружающей среды. Солевой стресс у растений, вызванный засолением почвы, часто приводит к потере воды. Растения часто справляются с этой ситуацией, закрывая устьица.
В исследовании, опубликованном в журнале Plant Signaling & Behavior, ученые хотели понять, как растения Plantago asiatica используют как надземную, так и подземную коммуникацию для дифференцированного реагирования на сигналы солевого стресса, получаемые от соседей с различной генетической идентичностью.
Межрастительная коммуникация — это увлекательный метод, посредством которого соседние растения обмениваются адаптивной информацией. Растения могут передавать и получать информацию как надземным, так и подземным путём: через систему побегов (включая стебли и листья) и корневую систему соответственно.
Коммуникация обычно осуществляется через летучие органические соединения надземной части растения и грибные сети в почве корневой системы. Этот обмен информацией помогает растениям быстро реагировать на определённые стрессовые ситуации и повышать свою устойчивость, активируя адаптивные механизмы.
Растения обмениваются информацией об изменении доступности питательных веществ, предстоящей конкуренции, близости соседних растений, засухе и солевом стрессе. Устьица растений – это микроскопические поры на поверхности листьев, которые контролируют газообмен и транспирацию. Закрытие устьиц из-за солевого стресса ранее было отмечено как реакция на стресс у многих растений.
В некоторых исследованиях также сообщается, что растения, не подвергавшиеся стрессу, демонстрируют этот адаптивный механизм, который является результатом общения с растениями, подвергавшимися стрессу.
До настоящего времени многие исследования были посвящены изучению надземных и подземных коммуникаций по отдельности. Однако до сих пор неясно, как эти две сети взаимодействуют друг с другом и работают ли они как единое целое. В этом исследовании, возглавляемом профессором Акирой Ямаво из Киотского университета, было решено сосредоточиться на комбинированном эффекте межрастительной коммуникации как в надземных, так и в подземных системах.
«Меня увлекает то, как растения общаются друг с другом и адаптируются к окружающей среде. Мы также хотели понять, как генетическое родство влияет на эту коммуникацию», — сказал доктор Ямаво.
Исследование проводилось на подорожнике азиатском (Plantago asiatica). Поскольку семена этих растений рассеиваются ограниченно, растения-близнецы часто растут группами, и, следовательно, генетическое родство популяций растений из разных мест снижается.
Для исследования были отобраны две популяции растений из города Аомори (город А и город Аомори B), генетически родственные друг другу, и одна, отобранная из города Фукуока, которая продемонстрировала выраженное генетическое отличие от двух других. Каждая группа состояла из трёх растений, включая одно растение, подвергшееся стрессу (IND). Два других растения были реципиентами, которые делили либо корневую систему, либо надземное пространство с растением, подвергшимся стрессу.
Половина корней растений в группе IND либо не подвергалась обработке, либо обрабатывалась дистиллированной водой (DW), либо солевым раствором для создания солевого стресса. Группа DW служила контролем без стресса. Наблюдалось и сравнивалось влияние солевого стресса на открытие устьиц растений IND и реципиентов, а также влияние генетического фона на этот механизм.
Растения были классифицированы как имеющие три различных генетических фона в зависимости от места сбора семян. Растения из одной популяции были обозначены как полусибсы (SB, общность составляет только половина генетического материала от общего родителя). Растения, полученные из семян, собранных в городе Аомори A и B, были обозначены как близкая популяция (NP), а растения из семян, собранных в Фукуоке, – как дальняя популяция (FP).
Независимо от генетического фона, у всех растений, подвергшихся обработке IND, наблюдалось снижение доли открытых устьиц по сравнению с необработанными или обработанными DW растениями, что указывает на реакцию на стресс. Исследование выявило интересное влияние генетического фона на надземные и подземные сигналы.
В то время как надземные сигналы передавали информацию, связанную с солевым стрессом, независимо от генетического фона, доля открытых устьиц подземных растений-реципиентов была ниже в группах SB и NP по сравнению с группой FP, что позволяет предположить, что подземные сигналы были более эффективными между близкородственными соседями.
Исследование указывает на межрастительную коммуникацию при солевом стрессе, включающую как надземную, так и подземную сигнализацию у японского подорожника. Различия в подземной сигнализации, основанные на генетическом родстве, предполагают участие генетически специфичных корневых метаболитов, что требует дальнейшего изучения.
«Если сельскохозяйственные культуры также обладают способностью передавать информацию о стрессе, то понимание и использование этого механизма в будущем может помочь нам добиться более стабильного производства продуктов питания», — сказал доктор Харуна Осаки из Университета Мэйдзё, еще один исследователь, участвовавший в этой работе.
Дальнейшие соответствующие исследования и изыскания могут помочь усовершенствовать современное сельское хозяйство, обеспечив устойчивость к стрессовым ситуациям и повысив урожайность сельскохозяйственных культур.
Источник: Meijo University.
Иллюстрация показывает, что в передаче сигналов о солевом стрессе у подорожника азиатского участвуют как надземные, так и подземные пути взаимодействия растений. Автор фото: Харуна Осаки.
