Растения используют специальные гормоны для защиты от паутинных клещей
Микроскопический двухпятнистый паутинный клещ, с его ненасытным аппетитом поедающий более 1000 видов растений, относится к самым грозным врагам сельского хозяйства.
Но последние исследования показывают, что растительные гормоны не являются беззащитными жертвами. Они хитроумно приспособили механизм выживания в условиях засухи, чтобы переломить ход борьбы с этими вредителями, лишив их возможности питаться и сеять хаос.
Стомы: поле битвы за выживание
Стомы действуют как дыхательные поры растения. Они представляют собой микроскопические отверстия, через которые происходит необходимый газообмен. Углекислый газ, необходимый для фотосинтеза (процесса, с помощью которого растения превращают солнечный свет в энергию), поступает через стоматы.
В то же время кислород, побочный продукт фотосинтеза, выходит через эти поры. Стомы также играют важную роль в регулировании потери воды из растения.
В нормальных условиях стомы остаются открытыми, чтобы облегчить газообмен. Однако во время засухи, когда экономия воды становится приоритетом, у растений есть хитроумная уловка в рукаве.
Вырабатывается гормон под названием абсцизовая кислота (ABA). Этот гормон действует как сигнал для стомат, приказывая им закрыться. Закрывая эти крошечные поры, растение значительно сокращает потерю воды через листья.
Интересно, что этот же механизм, помогающий растениям пережить засуху, служит защитой от таких вредителей, как паутинные клещи. Эти крошечные сокососущие существа предпочитают проникать в ткани растений через открытые стомы.
Когда стомы закрываются в ответ на воздействие ABA, они, по сути, захлопывают дверь перед этими непрошеными гостями, что значительно затрудняет питание и повреждение растения паутинными клещами.
Биосенсор ABACUS2: Реакция растений и паутинный клещ
Это исследование стало возможным благодаря совместным усилиям ученых из двух ведущих институтов: Кембриджского университета в Великобритании и Центра биотехнологии и геномики растений в Испании.
Для изучения защитной реакции растений команда использовала сложный инструмент под названием биосенсор ABACUS2. Эта передовая технология позволила им измерить точные изменения уровня абсцизовой кислоты (ABA) в отдельных клетках растений, когда они подвергались нападению паутинных клещей.
Биосенсор ABACUS2 позволил получить невероятно подробное представление о внутренних защитных механизмах растения во время нашествия вредителей.
Быстрая реакция растений против паутинного клеща
«Открытые стомы - это естественные отверстия, в которые вредители, такие как клещи, вставляют свои специализированные питательные структуры, называемые стилетами, чтобы проколоть и затем высосать богатое питательными веществами содержимое из отдельных подэпидермальных клеток», - пояснила Ирен Роса-Диас, научный сотрудник, участвовавший в исследовании.
Команда обнаружила, что растения не теряют времени на защиту. В течение нескольких часов после заражения уровень ABA резко возрастает, вызывая закрытие стом. Эти быстрые действия вносят разлад в планы паутинных клещей по питанию.
Доказательства эффективности
Исследователи провели несколько экспериментов, чтобы проверить свою гипотезу, и результаты оказались удивительно наглядными. Растения, предварительно обработанные ABA - гормоном, связанным с реакцией на засуху, - меньше пострадали от паутинных клещей. Это говорит о том, что упреждающее закрытие стом может сделать растения менее уязвимыми для нападения.
Растения с естественным нарушением выработки ABA или с аномально высоким числом стомат оказались гораздо более легкой мишенью для паутинных клещей. Этот вывод подчеркивает важнейшую роль гормона ABA и регуляции стоматита в защите от вредителей.
Поиск пускового механизма
Хотя связь между нашествием паутинного клеща и защитной реакцией растения на ABA установлена, ученые все еще ищут точный пусковой механизм. Как растение изначально чувствует, что его атакуют? Это остается одной из ключевых областей активных исследований.
Исследователи изучают целый ряд интригующих возможностей, чтобы объяснить, как растение может обнаружить присутствие паутинных клещей.
Может быть, растение чувствует крошечные вибрации, вызванные передвижением клещей по листьям, когда они питаются? Оставляют ли паутинные клещи уникальные химические следы в своей слюне или в других местах, которые служат узнаваемым «ароматом» для растения? Возможно ли, что растение может непосредственно обнаружить клеточные повреждения, вызванные питанием клещей?
Ответ на этот фундаментальный вопрос значительно расширит наше понимание защитных механизмов растений и откроет новые возможности для разработки целенаправленных стратегий борьбы с вредителями.
Естественная борьба с вредителями
Если ученые точно определят первоначальный сигнал, вырабатываемый клещами, то может наступить новая эра борьбы с вредителями. Представьте себе обработку, которая заранее вооружает растения, имитируя ранние стадии реакции на засуху и делая их менее привлекательными для вторгшихся вредителей. Селекционные программы также могли бы отдавать предпочтение растениям с благоприятными стоматальными признаками для повышения устойчивости.
Это исследование показывает, что даже самые непритязательные растения обладают сложными стратегиями выживания. Понимание взаимосвязи между засухоустойчивостью и защитой от биотических угроз, таких как паутинные клещи, позволит нам открыть сокровищницу знаний, которые могут произвести революцию в сельском хозяйстве.
Исследование опубликовано в журнале Plant Physiology.
