В новом исследовании объяснятся, как растения могут упускать из виду собственные сигналы, предупреждающие о болезнях.
У растений нет крови, нервов или иммунных клеток, как у людей, но они всё же обладают способами защиты. Когда один лист поражается патогеном, растение может послать предупреждающие сигналы другим листьям и стеблям. Это даёт остальной части растения время подготовиться к следующей атаке.
Исследование, проведенное Колледжем сельского хозяйства, продовольствия и окружающей среды им. Мартина-Гаттона при Университете Кентукки (CAFE) и опубликованное в журнале Science Advances, показывает, как эта система предупреждения может дать сбой, когда молекула, называемая оксидом азота, накапливается в избытке.
Оксид азота (NO) — это крошечная молекула, содержащаяся как в растениях, так и в животных. У людей он способствует расслаблению кровеносных сосудов и играет роль в иммунной защите. У растений он помогает контролировать рост, реакции на стресс и устойчивость к болезням. Однако новое исследование показало, что растениям необходимо правильное количество NO. Слишком малое или слишком большое количество NO может ослабить защитные механизмы растений.
Исследователи изучали резуховидку Таля, небольшое растение, часто используемое в лабораторных исследованиях. Они сосредоточились на образцах с мутацией в гене GSNOR1, который консервативен как у растений, так и у человека. Эти мутантные растения вырабатывают большое количество оксида азота (NO) и испытывают трудности с активацией системной приобретенной устойчивости (systemic acquired resistance, SAR), иммунного ответа всего растения.
Обычно, как только одна часть растения заражается, SAR помогает предупредить остальную часть растения о необходимости подготовиться к следующей атаке.
Ключевым посредником в этом процессе является салициловая кислота, которая химически связана с аспирином. В растениях она помогает передавать иммунные сигналы от зараженных листьев к другим частям растения.
«Системный иммунитет подобен памяти растений. После того как один лист переживает атаку, растению необходимо предупредить остальную часть своего организма. Салициловая кислота помогает передать этот сигнал тревоги», — говорит Хуачжэнь Лю, доктор философии, научный сотрудник и первый автор работы.
Исследовательская группа обнаружила, что высокие уровни NO изменяют баланс pH внутри и вне растительных клеток.
У мутантных растений внеклеточное пространство стало слишком кислым, а внутриклеточное — слишком щелочным. Это изменение затруднило перемещение салициловой кислоты в транспортную систему растения.
Хуачжэнь Лю описала эту проблему как своего рода «пробку на дороге из-за pH»: «Когда уровень оксида азота становится слишком высоким или неравномерным, это изменяет кислотность вокруг клетки и создает барьер для салициловой кислоты. Сигнал задерживается, и остальная часть растения не получает предупреждения».
Команда также проверила, сможет ли растение реагировать, если салициловая кислота попадет в него другим путем.
Когда салициловую кислоту опрыскивали на листья, мутантные растения по-прежнему с трудом реагировали. Однако, когда салициловую кислоту доставляли через корни, растения восстанавливали иммунную сигнализацию и приобретали системную устойчивость. Этот результат помог показать, что иммунная система растения не была полностью повреждена. Проблема заключалась в доставке. Сигнал мог сработать, но он должен был достичь нужного места.
Что это исследование означает для концепции «Единое здоровье»
Данная работа связана с инициативой «Единое здоровье», которая объединяет исследования из разных дисциплин для лучшего понимания взаимосвязи между здоровьем растений, животных, людей и окружающей среды.
«Для сельскохозяйственных культур это открывает новый подход к изучению устойчивости к болезням. Растению недостаточно просто подать защитный сигнал. Этот сигнал также должен перемещаться. Полученные результаты могут помочь исследователям лучше понять, как растения передают химические сигналы во время болезней, засухи, жары и других стрессовых ситуаций. Эти знания могут иметь значение для сельского хозяйства, где культуры постоянно подвергаются давлению со стороны патогенов и меняющихся условий выращивания. Это также может помочь ученым изучить, как работают схожие сигнальные системы в разных живых организмах. Оксид азота влияет на транспорт и коммуникацию и у животных, что позволяет предположить, что растения и люди могут разделять некоторые основные правила передачи химических сигналов через живые ткани», — сказал соавтор исследования Прадип Качру, доктор философии, профессор кафедры фитопатологии и член Американской ассоциации содействия развитию науки и Американского общества биологов растений.
Источник: University of Kentucky. Автор: Джордан Стриклер.
На заглавном фото: Хуачжэнь Лю объясняет, как растения могут терять из виду собственные сигналы, предупреждающие о болезнях. Фото предоставлено Прадипом Качру. Источник: Университет Кентукки.