Как растения запоминают стресс без мозга

Растения могут «запоминать» стрессовые события и использовать эту память для защиты. Это явление, называемое иммунным праймингом, похоже на то, как вакцины помогают людям выработать иммунитет, но основано на других механизмах.

Поскольку у растений нет специализированных клеток для приобретения иммунной памяти, они полагаются на эпигенетические изменения внутри своих клеток. Эти изменения не затрагивают саму последовательность ДНК, но могут надолго «включать» или «выключать» гены.

Исследования последних 10–15 лет показали, что:

• Повторяющееся и длительное воздействие вредителей или болезней вызывает долгосрочные эпигенетические изменения.
• Эти изменения чаще всего происходят в области транспозонов («прыгающих генов»).
• После восстановления от болезни эпигенетические изменения у транспозонов подготавливают защитные гены к более быстрой и сильной активации при повторном стрессе.

Иммунный прайминг описан у разных видов — от короткоживущего резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana) до долгоживущей ели европейской, которая может жить до 400 лет.

Однако у прайминга есть цена:

• Он может приводить к снижению роста растения.
• Память обратима и ослабевает со временем, если стресса нет.
• Но в зависимости от силы стрессового стимула прайминг может быть пожизненным и даже передаваться следующим поколениям. Чем сильнее стресс, тем дольше растения помнит.

Почва как банк памяти

Растения также используют среду для хранения стрессовой памяти. При атаке они выделяют из корней химические вещества, привлекающие полезные микробы, подавляющие болезни. Если такое «кондиционирование» почвы достаточно сильное, оно может оставить долговременное «наследие почвы», полезное для растений следующего поколения.

У некоторых видов, например кукурузы, ученые идентифицировали вторичные метаболиты, управляющие этой внешней памятью. Некоторые гены, контролирующие эти корневые химикаты, регулируются стресс-чувствительными эпигенетическими механизмами, что указывает на взаимосвязь внутренней и внешней памяти растения.

Понимание того, как растения хранят и используют стрессовую память, может революционизировать защиту сельскохозяйственных культур, снизив зависимость от химических пестицидов и создав культуры, лучше справляющиеся с экологическими стрессами.