Механизм стрессовой памяти растений открывает путь к устойчивым культурам

Ученые из Университета Шеффилда обнаружили механизм, лежащий в основе формирования у растений долгосрочного иммунитета к стрессу.

Биотический стресс для растений может проявляться в виде атак насекомых-вредителей или болезнетворных патогенов. Для продовольственных культур этот стресс представляет серьезную угрозу урожайности, и в настоящее время с ним борются с помощью пестицидов, которые наносят вред окружающей среде и могут представлять риск для здоровья человека.

В поисках более устойчивых методов защиты растений профессор Юрриан Тон и его команда исследовали, как растения способны приобретать длительный иммунитет против таких стрессоров.

Результаты, опубликованные в Nature Plants, объясняют механизм, с помощью которого растения «помнят» стресс от предыдущей атаки. Эта долговременная память кодируется в семействе «мусорной ДНК» (транспозонов), что может подготавливать защитные гены к новым атакам на протяжении нескольких недель.

Профессор Тон, старший автор исследования, заявил, что результаты открывают новые возможности для управления иммунитетом растений в целях устойчивой защиты урожая и снижения зависимости от вредных пестицидов.

Ключевые выводы исследования:

• Исследование изучало долгосрочные эффекты растительного гормона стресса — жасмоновой кислоты — на Arabidopsis thaliana (резуховидке Таля).
• Обработанные жасмоновой кислотой растения демонстрировали меньший ущерб от гусениц по сравнению с контрольной группой.
• Иммунная память о стрессе сохранялась несколько недель и передавалась вновь развивающимся листьям.
• Этот приобретенный иммунитет контролируется эпигенетическими механизмами, включающими малые РНК, которые генерируются семейством транспозонов AtREP2.
• Эти малые РНК связываются с белком AGO1, и образовавшийся комплекс «праймирует» (подготавливает) отдаленные защитные гены для более быстрого и сильного ответа на последующий стресс.

Доктор Сэмюэл Уилкинсон, первый автор статьи, отметил, что это исследование — первый шаг к дополнению и повышению эффективности традиционных стратегий селекции путем отбора растений с усиленной иммунной готовностью.

В настоящее время исследователи сотрудничают с международной селекционной компанией, чтобы изучить возможность использования других родственных эпигенетических механизмов (например, в ответ на патогены) для создания новой стратегии защиты культур.