Исследователи искусственно перенесли летучие соединения от поврежденного растения к «здоровому» и отследили его реакцию с помощью флуоресцентной визуализации. Они смогли увидеть, как растения поглощают летучие вещества, выделяют кальций и защищаются от возможных угроз. Эта коммуникационная сеть имеет важное значение для сохранения растений в современных климатических условиях. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
При механических повреждениях или нападениях насекомых растения выделяют летучие органические вещества (ЛОВ) — к ним относятся ароматические углеводороды, альдегиды, спирты и другие соединения. Неповрежденные соседние организмы воспринимают ЛОВ как сигнал опасности и защищаются от угрозы, которая может их настигнуть. Ученые заметили этот способ «общения» еще в 1983 году, и с тех пор оно наблюдалось у более чем 30 разных видов растений. Однако биологи до сих пор не могут раскрыть молекулярные механизмы, которые лежат в основе этой коммуникации.
Японские ученые решили исследовать передачу летучих веществ с помощью особой визуализации. Они создали устройство, которое поглощает ЛОВ от одного растения и точечно распыляет его на другое. Чтобы отследить изменения, исследователи использовали флуоресцентную визуализацию.
Когда в опыте ученых поврежденное растение выделило летучие вещества, они попали на небольшую цветковую резуховидку Таля (Arabidopsis thaliana). Это растение отреагировало на ЛОВ и создало флуоресцентные белковые сенсоры, которые связывают защитный кальций Ca2+ и тем самым увеличивают его концентрацию; оборудование ученых фиксировало эти флуоресцентные вспышки и таким образом отслеживало изменения в растении.
Биологи решили выяснить, какой тип ЛОВ влияет на появление сигналов кальция в резуховидке. Для этого они взяли цис-3-гексеналь и Е-2-гексеналь — летучие вещества зеленых листьев. Исследователи обнаружили, что оба соединения способствуют сигналам Ca2+ и усиливают работу генов, связанных с защитой резуховидки.
Чтобы определить, как ЛОВ проникает в растение, ученые поместили вещества в три слоя организма: защитные клетки, мезофиллу и эпидермис. Защитные клетки находятся на поверхности растений и образуют устьица — небольшие поры, соединяющие внутренние ткани с атмосферой. При попадании в них ЛОВ сигналы кальция генерировались в течение минуты, а в остальных слоях процесс проходил медленнее.
«У растений нет "носа", но устьица служат растительным шлюзом, который обеспечивает быстрое проникновение ЛОВ в промежутки в тканях листьев», — объяснили авторы работы.
Ученые пришли к выводу о том, что летучие вещества зеленых листьев проникают в растения через устьица и защитные клетки. После этого растение активирует защитную реакцию и выделяет Ca2+. Так оно готово к возможной угрозе, о которой предупредил сосед.
Это исследование поможет в изучении коммуникационных сетей, скрытых от человека. Они играют ключевую роль в защите растений от современных угроз, в том числе и климатических.
Автор: Ксения Земскова.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
