Scienty

Новое исследование показало, что реакция растений на инфекции протекает гораздо быстрее, чем считалось ранее. Ученые установили, что они используют быстрые электрические импульсы для передачи сигналов тревоги. При этом для запуска этой «нервной системы» используются не специализированные антимикробные соединения, а гормоны, которые прежде полагали отвечают только за защиту от насекомых.

Фото: img.freepik.com

Более ста лет назад ученые выявили у растений SAR ( Systemic Acquired Resistance, системная приобретенная устойчивость – это своего рода иммунная память у животных. Когда растение подвергается нападению патогена, оно начинает синтезировать салициловую кислоту, которая накапливается в листьях и стеблях, стимулируя выработку защитных белков во всех клетках организма. Обычно на этот процесс требуется не менее 24 часа. Тем не менее, недавние исследования выявили, что защитные реакции в организме растения могут проявляться уже через три-четыре часа после заражения. Как удается растению столь оперативно реагировать на угрозы?

Авторы исследования, опубликованного в журнале Nature Plants, обратили внимание на ген JISS1, относящийся к жасмонатам — соединениям, играющим роль в отклике растений на физические повреждения. К таким повреждениям относятся, например, обрывы, перегрызание животными или повреждения, нанесенные насекомыми. Предыдущие работы этих же ученых продемонстрировали, что ген JISS1 экспрессируется в растениях, подвергшихся заражению бактериями. Ученые предположили, что ген JISS1, существует возможная взаимосвязь между жасмонатами и скоростью реакции.

Ученые провели эксперименты, используя резуховидку Таля в качестве модельного растения ( Arabidopsis thaliana). Они модифицировали ее геном, интегрировав промотор гена JISS1 (растение начинает излучать свет, когда обнаруживает стресс, благодаря люциферазе.

На резуховидку подключили электроды для изучения возможности передачи информации растением быстрее, чем посредством химических процессов. Чтобы определить, какие элементы участвуют в запуске сигнала тревоги, генетики блокировали рецепторы, чувствительные к различным гормонам, а также глутаматные каналы. Для проведения исследований подопытные растения заражали бактериями Pseudomonas syringae и давили пинцетом, имитируя укусы.

Выяснилось, что причиной запуска сигнала было не накопление салициловой кислоты. Светоизлучающий биосенсор, присоединенный к гену JISS1, исследование продемонстрировало, что сигнал тревоги покидает заражённую область всего за полчаса, распространяясь по внутриклеточным структурам – эндоплазматическому ретикулуму. Запуск каскада электрических волн с амплитудой 100 милливольт был связан с высвобождением жасмонатов. Деполяризация продолжалась приблизительно два часа, а сигналы распространялись по растению, напоминая нервный импульс. Кроме того, для передачи этого сигнала растение использовало глутаматные рецепторы – функциональный аналог тех, что функционируют в человеческом мозге при передаче информации между нейронами.

Растения не теряют времени на идентификацию угрозы. Их восприятие атаки бактерий аналогично физическому повреждению, и они используют универсальную, оперативную систему передачи сигналов на основе жасмонатов и электрических импульсов, чтобы подготовить весь организм к защите ещё до начала выработки специфических химических веществ.