Дослідження показало, що пошкоджені рослини виділяють певні хімічні сполуки, які можуть проникати у внутрішні тканини здорової рослини та активувати захисні сили усередині її клітин. Найкраще розуміння цього механізму може дозволити вченим та фермерам захистити рослини від атак комах чи посухи задовго до того, як вони відбудуться.
“Це дослідження знаменує собою перший раз, коли дослідникам вдалося візуалізувати спілкування між рослинами”, – сказав Масацугу Тойота, старший автор дослідження, яке було опубліковано в журналі Nature Communications. “Ймовірно, ми зможемо зламати цю систему, щоб інформувати весь завод, щоб активувати різні реакції на стрес проти майбутньої загрози або загроз навколишнього середовища, таких як посуха”.
Ідея «розмовляючих» дерев почала укорінюватися у 1980-х роках. Два екологи помістили сотні гусениць та павутинних черв’яків на гілки верби та вільхи, щоб спостерігати за реакцією дерев. Вони виявили, що атаковані дерева почали виробляти хімічні речовини, які робили їх листя неапетитним і важкоперетравлюваним, що відлякувало комах.
Але ще цікавіше те, що вчені виявили здорові дерева того ж виду, розташовані на відстані 30 або 40 метрів і не мають кореневих зв’язків із пошкодженими деревами, а також встановили такий самий хімічний захист, щоб підготуватися до вторгнення комах. Приблизно водночас інша пара вчених отримала аналогічні результати, вивчаючи пошкоджені дерева цукрового клена та тополі.
Цим раннім дослідницьким групам спала на думку багатообіцяюча ідея: дерева посилали один одному хімічні сигнали повітрям, що сьогодні відомо як підслуховування рослин. За останні чотири десятиліття вчені спостерігали цей міжклітинний зв’язок у більш ніж 30 видів рослин, включаючи лимську квасолю, тютюн, томат, шавлію та квітучі рослини сімейства гірчичних. Але досі ніхто не знав, які сполуки є важливими і як вони відчуваються.
У рослин, очевидно, немає вух та очей, але минулі дослідження показують, що вони спілкуються з навколишнім середовищем, виділяючи хімічні речовини, відомі як леткі органічні сполуки, які ми можемо відчувати запахом. Але так само, як люди можуть вимовляти так багато слів, рослини можуть виробляти безліч цих сполук для різних цілей. Деякі використовуються для залучення запилювачів або як захист від хижаків.
Однак один клас цих сполук виділяється при пошкодженні рослини: леткі речовини зеленого листя. Як випливає з назви, вони виділяються практично кожною зеленою рослиною з листям і виробляються, коли рослина зазнає фізичного ушкодження. Прикладом цієї сполуки є запах свіжоскошеної трави.
У новому дослідженні Тойота та його колеги вручну подрібнювали листя і поміщали гусениць на рослини гірчиці арабідопсису або томату, щоб викликати виділення різних летких речовин із зеленого листя. Потім вони поширювали окремі випари на здорові рослини, щоб подивитися, чи вони відреагують.
Читайте також: Pepper X визнано найгострішим чилі у світі за версією Книги рекордів Гіннеса.
Щоб відстежувати реакцію здорових рослин, команда генетично модифікувала рослини так, щоб іони кальцію флуоресціювали при активації всередині окремих клітин. Передача сигналів кальцію важлива клітинних функцій більшості живих організмів Землі, включаючи людини. Коли електричний сигнал надсилається нашим мотонейронам, іонні канали відкриваються і дозволяють кальцію проникнути всередину. Збільшення вмісту кальцію може викликати вивільнення нейротрансмітера, що призводить до скорочення м’язів у м’язовій клітині.
За словами Тойоти, передача сигналів кальцію відіграє аналогічну роль рослинах. Залежно від рослини воно може викликати повідомлення про необхідність закрити листя або перетравити комаху.
Після тестування багатьох летких речовин зеленого листя команда виявила, що тільки дві з них збільшують кількість іонів кальцію всередині клітин. Крім того, вони виявили, що передача сигналів кальцію спочатку збільшується в замикаючих клітинах, що утворюють пори листя або продихи рослини – важливе відкриття, оскільки воно показує, що сполуки всмоктуються у внутрішні тканини рослини.
За словами Тойоти, передача кальцію подібна до перемикача, що включає захисні реакції рослини. Після посилення передачі сигналів команда виявила, що рослина збільшила вироблення певних експресій генів для захисту. Рослина може почати виробляти певні білки, які не дозволять комахам їх жувати, викликаючи у комах діарею.
“Якщо у рослини багато таких генів, вони тепер дуже сильні проти травоїдних комах” , – сказав Тойота.
Дослідники кажуть, що завдяки цьому новому розумінню рослини можна буде імунізувати проти загроз та стресорів ще до того, як вони відбудуться – це еквівалентно введенню рослини вакцини. Наприклад, вплив на здорові рослини рослин, заражених комахами, або пов’язаних з ними летких зелених листків може підвищити їх генетичний захист, тому фермери будуть використовувати менше пестицидів. Це відкриття також допоможе зробити рослини більш стійкими під час посухи, сигналізуючи їм про необхідність утримувати більше води.
За словами Toyota, це дослідження заклало багато насіння для майбутніх досліджень. Наприклад, дослідники «поняття не мають», чому тільки дві конкретні леткі речовини зеленого листя можуть проникати в продихи і запускати передачу сигналів кальцію. Наступним кроком є ідентифікація різних рецепторів у рослинах, які можуть бути специфічними для хімічної структури двох сполук.
