Новое исследование передачи электрических сигналов у томатов

Электрические сигналы часто возникают у растений в ответ на изменения окружающей среды и играют ключевую роль в их адаптации. Исследователи из Чжэцзянского университета (Китай) опубликовали новые данные о передаче электрических сигналов при повреждении томатов насекомыми-вредителями или механических ранах. Работа доступна в открытом журнале Frontiers of Agricultural Science and Engineering (FASE).

Хотя передача электрических сигналов, вызванных ранениями, была изучена у модельного растения Arabidopsis, её характеристики у сельскохозяйственных культур оставались неизвестными.

Ранее профессор Цзинцюань Юй и его коллеги показали, что электрические сигналы генерируются у томатов в ответ на атаки нематод. Эти сигналы распространялись от корней к побегам, активируя накопление жасмоновой кислоты (JA) и обеспечивая устойчивость к нематодам.

В новом исследовании, используя технологию определения поверхностного потенциала, учёные обнаружили, что повреждение листьев томатов насекомыми и механические раны вызывают электрические сигналы с амплитудой около -20 до -40 мВ. Сигналы, вызванные ранением черешка, были сильнее, чем вызванные ранением листовой пластинки, с большей амплитудой и дальностью распространения. В отличие от Arabidopsis, у томатов электрические сигналы не передавались от листа к листу, но могли распространяться от листочка к листочку в пределах одного сложного листа. Таким образом, характеристики электрических сигналов у растений сильно различаются, а их сила и передача зависят от типа повреждения, места ранения, вида растения и стадии его роста.

Дальнейший qRT-PCR анализ генов, связанных с биосинтезом и передачей сигнала JA, показал, что уровни транскрипции генов синтеза JA (LOXD, OPR3) и гена передачи сигнала JA (JAZ10) значительно повышались как в повреждённых, так и в неповреждённых листочках. Интенсивность активации JA-сигналинга соответствовала передаче электрических сигналов, что указывает на их взаимодействие.

Исследователи также продемонстрировали роль генов глутаматных рецептороподобных белков (GLR) томата GLR3.3 и GLR3.5 в регуляции электрических сигналов и накопления JA. Мутанты glr3.5 и двойные мутанты glr3.3/3.5 демонстрировали сниженную интенсивность электрических сигналов в ответ на механическое ранение по сравнению с нетрансформированными растениями. Распространение электрических сигналов от повреждённого листочка к неповреждённому было полностью отменено у мутантов glr3.3, glr3.5 и glr3.3/3.5. Более того, у двойных мутантов glr3.3/3.5 накапливалось меньше JA и JA-Ile при имитации повреждения насекомыми, а мутанты glr3.5 и glr3.3/3.5 демонстрировали значительно сниженную устойчивость к хлопковой совке (Helicoverpa armigera).

«Наше исследование подчёркивает характеристики электрических сигналов у садового растения томата, вызванных повреждением насекомыми и ранами, и определяет роль генов GLR в синтезе JA и устойчивости к вредителям. Это даст новое понимание механизмов защиты сельскохозяйственных культур от насекомых и потенциальной роли электрических сигналов в балансировке компромисса между защитой и ростом у растений в ответ на повреждение», — сказал профессор Юй.