«Запахи» тревоги: летучие химические сигналы от поврежденных растений предупреждают соседей об атаках вредителей

Животные часто используют очень специфические сигналы, чтобы предупредить свое стадо о приближении хищников. Удивительно, но подобное поведение наблюдается и среди растений. Проливая больше света на это явление, исследователи Токийского университета науки обнаружили один из таких механизмов. Используя Arabidopsis thaliana в качестве модельной системы, исследователи показали, что растения, поврежденные травоядными насекомыми, выделяют летучие химические «запахи», которые запускают эпигенетические модификации в защитных генах соседних растений. Эти гены впоследствии запускают системы защиты от вредителей.

В дикой природе многие виды животных, особенно те, у которых есть известные хищники, сигнализируют друг другу о надвигающейся опасности, используя различные приемы, от запаха до звука. Теперь, благодаря многочисленным исследованиям на эту тему, у нас есть основания полагать, что растения тоже могут бить тревогу при угрозе нападения.

Предыдущие исследования показали, что при выращивании рядом с растениями мяты растения сои и полевой горчицы ( Brassica rapa ) проявляют повышенные защитные свойства против травоядных вредителей за счет активации защитных генов в их листьях в результате «подслушивания» летучих веществ мяты. Проще говоря, если листья мяты повреждаются после атаки вредителей, растения в непосредственной близости от них реагируют, активируя свои защитные системы против травоядных в ответ на химические сигналы, испускаемые поврежденным растением мяты. Чтобы лучше понять этот механизм, группа исследователей из нескольких японских исследовательских институтов, в том числе из Токийского научного университета, изучила эти реакции на Arabidopsis thaliana, а так же модельном растении, широко используемом в биологических исследованиях.

Во-первых, исследователи подвергли растения воздействию β-оцимена, летучего органического соединения, часто выделяемого растениями в ответ на нападения травоядных, таких как Spodoptera litura . Затем исследователи попытались определить точный механизм действия защиты растений, активируемой летучими химическими веществами.

Результаты оказались интересными: в листьях арабидопсиса были индуцированы защитные признаки, предположительно посредством «эпигенетических» механизмов, которые относятся к генной регуляции, возникающей из-за внешних воздействий окружающей среды. В этом случае летучие химические вещества, выделяемые поврежденными растениями, усиливали ацетилирование гистонов и экспрессию регуляторов защитных генов, включая гены факторов ответа на этилен «ERF8» и «ERF104». Команда обнаружила, что определенный набор ферментов гистоновых ацетилтрансфераз (HAC1, HAC5 и HAM1) отвечает за индукцию и поддержание анти-травоядных свойств.

Исследователи взволнованы своим открытием роли эпигенетики в защите растений. По их мнению, связь между растениями через летучие соединения (известная как феномен «говорящих растений») потенциально может быть применена к системам органического выращивания. Это может повысить устойчивость растений к вредителям и эффективно снизить нашу огромную зависимость от пестицидов.