Как растения Plantago asiatica общаются друг с другом в ответ на солевой стресс
Растения обмениваются адаптивной информацией, помогая им приспосабливаться к вызовам окружающей среды. Солевой стресс у растений, вызванный засолением почвы, часто приводит к потере воды. Растения часто справляются с этой ситуацией, закрывая устьица.
В исследовании, опубликованном в Plant Signaling & Behavior, ученые хотели понять, как растения Plantago asiatica используют как надземную, так и подземную коммуникацию, чтобы по-разному реагировать на сигналы солевого стресса, воспринимаемые от соседей с различной генетической идентичностью.
Межрастительная сигнализация — это увлекательный метод, с помощью которого соседние растения обмениваются адаптивной информацией. Растения могут отправлять и получать информацию как через надземные, так и через подземные пути: через побеговую систему (стебли и листья) и корневую систему соответственно.
Коммуникация обычно опирается на летучие органические соединения над землей и грибковые сети в почве корневой системы. Этот обмен информацией помогает растениям быстро реагировать на определенные стрессовые ситуации и повышать свою устойчивость, активируя адаптивные механизмы.
Растения обмениваются информацией об изменении доступности питательных веществ, надвигающейся конкуренции, близости соседей, засухе и солевом стрессе. Устьица растений — это микроскопические поры на поверхности листьев, которые контролируют газообмен и транспирацию. Закрытие устьиц из-за солевого стресса ранее регистрировалось как стрессовая реакция у многих растений.
Некоторые исследования также сообщали, что нестрессированные растения демонстрируют этот адаптивный механизм в результате общения со стрессированными растениями.
Многие исследования на сегодняшний день были сосредоточены на надземной и подземной коммуникации по отдельности. Однако, как и взаимодействуют ли эти две сети друг с другом и работают как единое целое, до сих пор не выяснено. Это исследование под руководством профессора Акиры Ямаво из Киотского университета решило сосредоточиться на совокупном эффекте межрастительной сигнализации как в надземной, так и в подземной системах.
«Меня fascinates, как растения общаются друг с другом и адаптируются к окружающей среде. Мы также хотели понять влияние генетического родства в этих коммуникациях», — сказал доктор Ямаво.
Исследование проводилось на японском подорожнике (Plantago asiatica). Поскольку эти растения имеют ограниченное рассеивание семян, родственные растения часто растут сгруппированными группами, и поэтому популяции растений из разных мест имеют сниженное генетическое родство.
Для исследования были собраны две популяции растений из города Аомори (Аомори A и Аомори B), которые были генетически родственны, и одна из города Фукуока, которая показала явное генетическое отличие от двух других. Каждый набор состоял из трех растений, включая одно стрессированное (IND) растение. Два других были растениями-реципиентами, которые делили либо корневое пространство, либо воздушное пространство с растением IND.
Половина корней растений IND либо оставалась без обработки, либо обрабатывалась дистиллированной водой (DW), либо обрабатывалась солевым раствором для индукции солевого стресса. (DW служила нестрессированным контролем). Наблюдалось и сравнивалось влияние солевого стресса на открытие устьиц у растений IND и растений-реципиентов, а также то, как генетический фон влияет на этот механизм.
Растения были классифицированы как имеющие три разных генетических фона на основе места сбора семян:
- Растения из одной популяции назывались полусиблингами (SB).
- Растения, полученные из семян, собранных в городах Аомори A и B, назывались близкой популяцией (NP).
- Растения из семян, собранных в Фукуоке, назывались дальней популяцией (FP).
Независимо от генетического фона, все растения IND показали снижение доли открытых устьиц по сравнению с необработанными или обработанными DW растениями, что указывает на стрессовую реакцию. Исследование выявило интересные эффекты генетического фона на надземные и подземные сигналы.
В то время как надземные сигналы передавали информацию, связанную с солевым стрессом, независимо от генетического фона, доля открытых устьиц у подземных растений-реципиентов была ниже в группах SB и NP по сравнению с группой FP. Это говорит о том, что подземная сигнализация была более эффективной между близкородственными соседями.
Исследование указывает на межрастительную коммуникацию о солевом стрессе с участием как надземной, так и подземной сигнализации у японского подорожника. Разница в подземной сигнализации в зависимости от генетического родства предполагает участие генетически специфичных корневых метаболитов, что требует дальнейшего изучения.
«Если сельскохозяйственные культуры также обладают способностью передавать стрессовую информацию, то понимание и использование этого механизма в будущем может помочь нам добиться более стабильного производства продуктов питания», — сказала доктор Харуна Осаки из Университета Мейджо, еще одна исследовательница, участвовавшая в этом исследовании.
Дальнейшие исследования могут помочь улучшить современное сельское хозяйство, обеспечивая устойчивость к стрессовым вызовам и повышая урожайность.