В отличие от предыдущих предположений, защитные гормоны салициловая кислота и жасмоновая кислота не всегда взаимоподавляемы в регуляции химической защиты растений от вредителей и патогенов. У деревьев взаимодействие обоих гормонов может повысить устойчивость растений

К такому выводу пришли исследователи из Института химической экологии им. Макса Планка в новом исследовании тополей, опубликованном в New Phytologist.

Ученые показали, что более высокие уровни жасмоновой кислоты были также обнаружены в тополях, которые были модифицированы для получения повышенных уровней салициловой кислоты или были обработаны салициловой кислотой. Растения с более высокими концентрациями обоих гормонов также были более устойчивы к грибу ржавчины Melamspora larici-populina без отрицательного влияния на рост. Знание положительного взаимодействия этих гормонов, участвующих в устойчивости растений, поможет лучше защитить тополя и другие деревья от патогенов.

Функция растительных гормонов или фитогормонов заключается в координации роста и развития растений. Более того, они также контролируют иммунные реакции растений на микробные патогены, такие как патогенные грибы.

До сих пор в науке существовало мнение, что сигнальные пути защитных гормонов салициловой кислоты и жасмоновой кислоты действуют в противоположных направлениях. Таким образом, если растения производят больше салициловой кислоты, это подавляет производство жасмоновой кислоты и наоборот. Ученые неоднократно демонстрировали это негативное взаимодействие в исследованиях модельного растения Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля) и многих других однолетних трав.

«Вопреки предположению, что сигнальные пути гормонов салициловой и жасмоновой кислот работают противоположным образом, в наших более ранних исследованиях на деревьях тополя мы уже наблюдали, что оба этих гормона увеличиваются в ответ на заражение патогенными грибами. Исследовательский вопрос заключался в том, чтобы определить взаимодействие между этими двумя защитными гормонами в тополе», - объясняет отправную точку текущего исследования Чхана Улла, первый автор публикации.

Чтобы экспериментально изучить, как уровни салициловой кислоты влияют на образование жасмоновой кислоты, ученые генетически модифицировали экспериментальные растения черного тополя (Populus nigra), произрастающего в Германии, так, чтобы они производили большее количество салициловой кислоты, чем контрольные растения.

В другом эксперименте они нанесли салициловую кислоту на листья тополя генетически немодифицированных растений.

«Мы манипулировали уровнями салициловой кислоты в тополе с помощью генной инженерии и прямого химического воздействия, после чего мы провели обширный химический анализ растений с грибной инфекцией и без нее . Это позволило нам отделить эффекты салициловой кислоты от других факторов и показать, что она напрямую стимулирует выработку жасмоновой кислоты», - объясняет Чхана Улла.

Растения с высоким содержанием салициловой кислоты также отличались повышенными концентрациями жасмоновой. Кроме того, они производили больше антимикробных веществ, известных как флавоноиды, даже если не было заражения патогеном.

Дальнейшие сравнительные исследования с растениями, продуцирующими высокие уровни салициловой кислоты, и контрольными растениями, каждое из которых было заражено грибом ржавчины Melamspora larici-populina, показали: высокие уровни салициловой кислоты делают тополя более устойчивыми к грибному поражению.

Удивительно, но устойчивость к грибам из-за улучшенной защиты не оказала негативного влияния на рост растений, как это наблюдалось у резуховидки и других однолетних трав. У резуховидки либо салициловая кислота, либо жасмоновая кислота берут на себя контроль над иммунным ответом, в то время как другой гормон подавляется.

Салициловая кислота вырабатывается в больших количествах после атаки биотрофных патогенов, которые не убивают растительную ткань и питаются живым растительным материалом, в то время как жасмоновая кислота увеличивается после атаки насекомых или некротрофных патогенов, питающихся мертвой растительной тканью.

«Негативное взаимодействие между защитными гормонами салициловой кислотой и жасмоновой кислотой в таких растениях, как резуховидка Таля, позволяет растению отдавать приоритет защите от одного вида врагов, при этом в режиме защиты снижается скорость роста», - говорит Джонатан Гершензон, глава отдела биохимии, где проводилось исследование.

В отличие от однолетних трав, ресурсы древесных растений менее ограничены. Из-за продолжительности жизни деревья часто подвергаются одновременному нападению разных врагов, таких как грибные и бактериальные возбудители, листогрызущие и дереворазрушающие насекомые. Возможно, деревья эволюционировали, чтобы совместно использовать сигнальные пути салициловой и жасмоновой кислот для защиты. Большая доступность ресурсов в долгоживущих древесных растениях также может быть причиной того, что высокие концентрации салициловой кислоты не влияют на рост растений у тополей.

Ученым еще предстоит выяснить, как именно работает молекулярный механизм положительного взаимодействия салициловой и жасмоновой кислот в тополе, и внести важный вклад в защиту деревьев от заражения вредителями и болезней.

Как отмечает Джонатан Гершензон: «Тополя известны как «деревья людей» из-за их разнообразного использования, отсюда и название рода Populus: латинское название людей. Быстрорастущие тополя выращиваются как древесные культуры с коротким оборотом и чрезвычайно важны для целлюлозно-бумажной промышленности. Они также желательны для производства биотоплива. Поэтому улучшение их защиты послужит всем нам».

(Источник: phys.org. Фото: pixabay.com).