Возраст листьев определяет разделение труда в стрессовых реакциях растений
Новое исследование Института селекции растений Общества Макса Планка, опубликованное в журнале PNAS, показывает, что взаимодействие между реакциями растений на физические и биологические стрессы различается у молодых и старых листьев. Это позволяет оптимизировать работу растения при одновременном воздействии двух видов стресса.
Растения, в отличие от животных, не могут перемещаться, чтобы избежать угрожающих условий. Поэтому им необходимы стратегии защиты от разнообразных стрессов в их естественной среде. Эти стрессы могут быть физической (абиотической) природы, например, засуха или высокая засолённость, или биологической — атака патогенных микроорганизмов и насекомых-вредителей. Защитные механизмы растений включают индуцируемые стрессовые реакции, специализированные для конкретного стресса. Однако ограниченность ресурсов создаёт проблему: индуцируемые реакции на физический стресс (например, засуху) снижают устойчивость к патогенам. Что же происходит, когда растение подвергается одновременно физическому и биологическому стрессу? На этот вопрос ответили исследователи под руководством Кеничи Цуды и Пауля Шульце-Леферта.
Многие реакции растений на стресс опосредованы малыми сигнальными молекулами — фитогормонами. Авторы сосредоточились на двух стрессовых путях:
- Один опосредован абсцизовой кислотой (ABA) и защищает от абиотического стресса.
- Другой активируется салициловой кислотой (SA) и обеспечивает защиту от патогенов.
Для эффективного распределения ресурсов активация ABA-опосредованной защиты подавляет SA-ответ. Чтобы определить значение этого взаимодействия для растений, испытывающих оба стресса одновременно, авторы детально изучили его на модели Arabidopsis thaliana.
Удивительно, но предварительное воздействие ABA блокировало активность SA-зависимого ответа только в старых листьях, делая их более чувствительными к бактериальной инфекции. Молодые листья были защищены от этого подавления. С помощью РНК-секвенирования был идентифицирован ген PBS3, который, как выяснилось, отвечает за защиту молодых листьев от ABA-опосредованной иммуносупрессии. Аналогичные наблюдения были сделаны при физических стрессах, таких как засуха и засоление. Таким образом, растения активно балансируют компромисс между биологическими и физическими стрессовыми реакциями в зависимости от возраста листа.
Ключевой вывод: отсутствие PBS3 не только влияло на молодые листья при комбинированных стрессах, но и приводило к нарушению роста, уменьшению числа семенных коробочек и, следовательно, к снижению общей репродуктивной приспособленности растения. Таким образом, активный механизм балансировки стрессовых ответов в зависимости от возраста листа повышает жизнеспособность растения при комбинированных стрессах.
Остаются важные вопросы: используют ли другие растения (например, сельскохозяйственные культуры) подобный баланс для поддержания роста и размножения? Как именно PBS3 защищает молодые листья от иммуносупрессии, вызванной абиотическим стрессом? Поскольку компромиссы между стрессовыми ответами являются серьёзным ограничением для продуктивности сельскохозяйственных культур, ответы на эти вопросы будут иметь решающее значение для устойчивого земледелия.