Летучие органические соединения усиливают защиту растений и предлагают решения для устойчивого контроля вредителей
Летучие органические соединения (ЛОС) — это важные воздушные сигналы, которые позволяют растениям общаться на расстоянии. Ключевой аспект этой коммуникации происходит, когда растение повреждается вредителями, что вызывает выброс ЛОС.
Эти соединения могут быть обнаружены соседними растениями, побуждая их усиливать свою защиту. Эта сложная биохимическая стратегия позволяет растениям эффективно защищаться от различных стрессов.
Эта область исследований недавно привлекла значительный интерес из-за перспективных применений в сельском хозяйстве. Профессор Ген-итиро Аримура и его коллега г-н Такуя Уэмура из Токийского университета науки (Япония) исследовали молекулярные пути, лежащие в основе этой коммуникации.
Их обзор, опубликованный 11 октября 2024 года в журнале Trends in Plant Science, проливает свет на эти сложные процессы. Исследование показало, как понимание межрастительного общения может привести к инновационным стратегиям защиты урожая.
«Хотя у растений нет сложной обонятельной системы, как у животных, они способны обнаруживать и реагировать на широкий спектр ЛОС на основе структурного сходства с соединениями, с которыми они или их предки сталкивались ранее», — объясняет профессор Аримура.
Растения выделяют различные типы ЛОС при атаке, такие как изопрен, терпеноиды и зеленые листовые летучие вещества. Эти соединения давно известны своей ролью в межвидовой сигнализации.
В частности, монотерпеноиды, которых много в мяте, коммерциализированы благодаря своим репеллентным, антимикробным и овицидным свойствам. Исследование показало, что эти взаимодействия могут происходить и между неродственными растениями.
После выброса ЛОС поглощаются через устьица и диффундируют через клетки мезофилла соседних растений. Ответ растения включает сложные внутриклеточные и межклеточные сигнальные механизмы, где, например, ключевую роль играют кальциевые потоки.
В растениях-реципиентах углеводороды, такие как β-кариофиллен, могут регулировать экспрессию генов, взаимодействуя с хроматином. Этот процесс, известный как ремоделирование хроматина, запускает активацию транскрипции генов, подготавливая растение к усиленным защитным реакциям.
В настоящее время для защиты урожая широко используются химические пестициды, но их вредное воздействие на окружающую среду и растущий спрос на продуктивность подчеркивают необходимость более безопасных альтернатив. Использование ЛОС предлагает устойчивое решение, способствующее как защите, так и продуктивности культур, снижая зависимость от пестицидов.
Кроме того, этот новый подход снизит стоимость производства и увеличит ценность продукции, поскольку большинство потребителей предпочитают «культуры, свободные от пестицидов».
«Один из многообещающих подходов — использование растений-компаньонов, таких как горшечная мята, перечная мята и мятные леденцы, которые постоянно выделяют полезные ЛОС. Кроме того, разработка биостимуляторов — веществ, усиливающих рост и устойчивость растений к стрессу — может дополнительно улучшить межрастительные взаимодействия», — утверждает профессор Аримура. Он добавляет, что коммерческие продукты на основе их новых открытий скоро появятся в сельском хозяйстве.
Однако практическая реализация технологий на основе ЛОС сталкивается с рядом проблем, таких как дозозависимые ответы, неоптимальные расстояния между растениями и высокие концентрации ЛОС (аллелохимикатов), которые могут потенциально ингибировать рост соседних растений.
Этот обзор прокладывает путь для дальнейшего изучения ЛОС в сельскохозяйственном контексте, призывая научное сообщество сотрудничать с фермерами и политиками, чтобы использовать силу растительной коммуникации. Используя естественные сигнальные механизмы растений, можно разработать устойчивые методы земледелия, которые не только повышают продуктивность, но и способствуют здоровью окружающей среды.