Тайните на растенията

Растенията не могат да избягат от насекоми, лошо време или други заплахи в околната среда.

Вместо това те разчитат на сложни защитни механизми, които им помагат да разпознават опасността и да предават сигнали между различните части на организма си.

Учени от Университета на Делауеър са открили неочаквана особеност на тази система. Изследването им, публикувано в научното списание The Plant Cell, показва как микроскопичните канали, свързващи растителните клетки, реагират на нараняване чрез краткотрайни изблици на водороден пероксид.

Откритието разкрива нови подробности за начина, по който растенията реагират на опасност, и може в бъдеще да помогне за създаването на култури, по-устойчиви на неблагоприятни условия.

Как общуват растенията

Растителните клетки са свързани чрез микроскопични канали, наречени плазмодезми. Те преминават през клетъчните стени и позволяват на съседните клетки да обменят молекули и да координират важни процеси.

Когато насекомо повреди лист или растението е изложено на неблагоприятни условия, химични сигнали предупреждават околните тъкани. Един от участниците в този процес е водородният пероксид — реактивно кислородно съединение, което има различни функции в клетките. В големи количества той може да ги увреди, но когато нивата му се контролират внимателно, помага за предаването на сигнали, свързани със защитата на растението.

Джун-Йон Лий, професор по молекулярна и клетъчна биология на растенията в Университета на Делауеър, обяснява, че водородният пероксид участва в реакциите срещу болестотворни организми, физически наранявания и промени в околната среда.

Растенията регулират действието му така, че да могат да предават сигнали, без да излагат клетките си на вредни концентрации.

Как учените наблюдавали сигналите

За да проучат този процес, изследователите използвали флуоресцентен молекулярен сензор, наречен HyPer7. Той реагира на водородния пероксид чрез промяна във флуоресценцията си, което позволява на учените да проследяват химичната активност под микроскоп.

Екипът насочил сензора към плазмодезмите при два растителни вида — австралийско местно растение и резушка , често използвана в научните изследвания.

Така учените успели да сравнят реакциите на водородния пероксид в самите канали с тези в съседните части на клетките.

Водещият изследовател Нираж Кумар Вишвакарма и колегите му установили, че плазмодезмите реагират на стрес много по-силно и чувствително, отколкото очаквали.

Неочаквано забавяне на сигналите

Първоначално учените предполагали, че сигналите на водородния пероксид ще се появяват едновременно в различните части на клетките. Наблюденията обаче показали, че процесът протича по-сложно.

След нараняване първо реагирали клетките непосредствено около увреденото място. Малко по-късно реакция се появявала и в плазмодезмите на по-отдалечени, незасегнати тъкани.

Това показва, че каналите може да участват в предаването на сигнали, които достигат далеч отвъд самото място на нараняването.

Джефри Каплан, директор на Центъра за биовизуализация към университета, обяснява, че плазмодезмите реагирали по-чувствително от близки клетъчни структури, като цитозола и плазмената мембрана.

Цитозолът е вътрешната течна среда на клетката, в която се намират белтъци и други молекули. Някои от тях разграждат водородния пероксид бързо, което може да ограничи промените в концентрацията му и да затрудни тяхното регистриране.

Защо откритието е важно

Резултатите показват, че лазмодезмите може да имат специална роля в разпознаването и предаването на сигнали, свързани с клетъчния стрес.

Това може да помогне на учените да разберат по-добре как растенията координират защитните си реакции в различните тъкани, като същевременно контролират количеството на реактивните молекули.

Все още обаче не е ясно защо плазмодезмите в отдалечените тъкани реагират по-късно от тези близо до увреденото място. Необходими са допълнителни експерименти, за да се установи какво предизвиква тази разлика във времето.

Може ли откритието да помогне на земеделието

По-доброто разбиране на комуникацията между растителните клетки може един ден да помогне за създаването на култури, които издържат по-лесно на суша, болести и други неблагоприятни условия.

Вишвакарма смята, че изследването на реакциите на плазмодезмите при различни видове стрес може да разкрие начини за регулиране на сигналите между клетките.

Лий също обръща внимание на възможността тези механизми да бъдат променяни, така че растенията да се приспособяват по-добре към все по-непредсказуемите условия за отглеждане.

Засега обаче това остава бъдеща възможност. Изследването е насочено към клетъчните механизми и не доказва, че откритията могат да подобрят добивите или устойчивостта на културите в реални земеделски условия.

Въпреки това резултатите поставят основа за нови изследвания. Като показват как микроскопичните канали между клетките реагират на нараняване, учените разкриват още една част от сложната система, чрез която растенията усещат опасността и координират защитата си.