Как растения реагируют на угрозы окружающей среды правильной защитой

У растений путь передачи сигналов жасмонатов (JA) помогает контролировать защитные реакции на стрессы окружающей среды. Растения, подобно человеческому организму, по-разному реагируют на отдельные угрозы.

Исследование лаборатории Howe из MSU-DOE Plant Research Laboratory (PRL) изучает, как растения правильно реагируют на угрозы. Работа опубликована в New Phytologist.

"Растения сталкиваются со множеством стрессоров, включая биотические, такие как патогены или насекомые. Для них может быть очень энергозатратно производить все эти защитные реакции", — сказала Лия Джонсон, соавтор исследования.

Известно, что путь JA контролирует защитные реакции, но оставалось неясным, как включаются или выключаются нужные ответы на разные угрозы. Белки JAZ и MYC оказывают противоположные эффекты на этот путь: JAZ выключают путь, а MYC могут его включать. У большинства растений есть несколько копий JAZ и MYC, и распространено мнение, что эти множественные копии помогают тонко настраивать ответы.

"Настоящий прорыв статьи — в демонстрации того, что разные подмножества JAZ контролируют разные реакции", — сказал Ян Мейджор, соавтор исследования.

Исследователи вырастили мутантные растения Arabidopsis thaliana, у которых отсутствовала большая часть их JAZ. Поскольку JAZ сдерживают защитные реакции, их удаление приводит к неконтролируемому ответу, несколько аналогичному аутоиммунитету. Мутантное растение тратило так много энергии на защиту от всех угроз (даже отсутствующих), что у него оставалось меньше энергии на рост. Растения были меньше и давали меньше семян, чем их дикие аналоги.

Этот мутант был скрещен с дикими растениями, чтобы получить потомство с разными наборами отсутствующих JAZ. У части потомства наблюдался повышенный уровень защиты, участвующей в сопротивлении некротрофным патогенам, которые питаются мертвой тканью. Изучив, каких именно JAZ не хватало, исследователи смогли определить, какая часть пути JA позволяет включать и выключать эту защиту.

"Мы смогли показать, что среди регуляторов JAZ один определенный набор контролирует защиту от насекомых, а совершенно другой, по-видимому, контролирует устойчивость к некротрофным патогенам", — отметил Мейджор.

Джонсон добавила: "Мы обнаружили, что подмножества этих семейств [JAZ и MYC] по-разному регулируют реакции на насекомых и некротрофные патогены. Это предполагает, что эти семейства приобрели различные регуляторные функции в какой-то момент эволюционной истории растений и указывает на механизм, позволяющий растениям правильно реагировать на разные стрессоры".

В будущем эта работа может быть применена к сельскохозяйственным культурам для активации защиты от насекомых или патогенов без чрезмерных энергозатрат.

"Идентификация регуляторных генов растений, которые специфически контролируют распределение продуктов фотосинтеза, создает новые возможности для создания растений с повышенной урожайностью и устойчивостью к стрессам", — сказал Грегг Хау, руководитель исследования.