Растения используют гормон стресса от засухи для блокировки питания паутинных клещей
Недавнее открытие о том, что растения используют механизм выживания в засухе и против сосущих вредителей, может стать основой для будущих новых программ защиты растений или направлений в селекции.
Используя усовершенствованный флуоресцентный биосенсор (ABACUS2), который может обнаруживать крошечные изменения концентрации растительных гормонов на клеточном уровне, ученые обнаружили, что абсцизовая кислота (abscisic acid - ABA), обычно связанная с реакцией на засуху, приводит к закрытию устьиц листьев в течение 5 часов после заражения двухточечным паутинным клещом.
Микроскопические поры листьев (устьица) важны для газообмена, но также являются основными местами потери воды. Когда возникает нехватка воды, растения экономят влагу, вырабатывая гормон стресса засухи – абсцизовую кислоту, которая закрывает устьица.
По совпадению, закрытие устьиц также затрудняет предпочтительные точки проникновения вредителей, высасывающих питательные вещества, таких как паутинный клещ. Двухточечный паутинный клещ – известный вредитель, который поражает более 1000 растений, в том числе 150 сельскохозяйственных культур.
Эти крошечные клещи, едва видимые невооруженным глазом, могут очень быстро накапливаться в огромных количествах и считаются одними из самых разрушительных вредителей в садоводстве и огородничестве, а также портят комнатные растения.
Были споры о роли ABA в устойчивости к вредителям. Первоначально было замечено, что устьица закрываются, когда растения подвергаются нападению сосущих вредителей, что привело к появлению различных гипотез, например, что закрытие может быть реакцией растений на потерю воды из-за кормления вредителей или даже о том, что вредители сами вызывают закрытие устьица, дабы растения не посылали отпугивающие летучие вещества репелленты.
В сотрудничестве между Центром биотехнологии и геномики растений (CBGP) в Испании и лабораторией Сейнсбери Кембриджского университета (SLCU) исследователи, изучающие, как модельное растение арабидопсис (Arabidopsis thaliana) реагирует на двухточечного паутинного клеща (Tetranychus urticae), определили - растение начинает действовать почти сразу, используя тот же гормон, что и при засухе, чтобы блокировать проникновение паутинных клещей в ткани и, как следствие, значительно уменьшать ущерб.
Результаты, опубликованные в журнале «Plant Physiology» показали, что максимальное закрытие устьиц достигается в течение 24–30 часов.
«Открытые устьица - это естественные отверстия, куда вредители, такие как тля и клещи, вставляют свои специализированные питательные структуры, называемые стилетами, чтобы прокалывать, а затем высасывать богатое питательными веществами содержимое из отдельных субэпидермальных клеток. Мы смогли показать, что заражение клещами вызывает быструю реакцию закрытия устьиц, при этом уровень растительного гормона ABA повышается в тканях листа - самый высокий уровень в устьичных и сосудистых клетках, но также измеряется и во всех других клетках листа. С помощью множества различных экспериментов мы показали, что закрытие устьиц препятствует появлению клещей», — сказала Ирен Роза-Диас, которая проводила эксперименты с клещами в SLCU и CBGP во время ее докторской диссертации совместно с профессором Изабель Диас из Центра биотехнологий и геномики растений Мадридского политехнического университета и Национального института сельскохозяйственных и пищевых исследований и технологий (UPM-INIA).
«Растения, которые были предварительно обработаны абсцизовой кислотой, чтобы вызвать закрытие устьиц, а затем заражены клещами, показали снижение повреждения клещами, в то время как мутантные растения с дефицитом АВА, у которых устьица не могут хорошо закрываться, и растения с большим количеством открытых устьиц оказались сильнее восприимчивы к клещам», добавила она.
Исследовательская группа Александра Джонса в SLCU разрабатывает биосенсоры in vivo, которые выявляют динамику гормонов в растениях с беспрецедентным разрешением, включая ABACUS2, который количественно определял клеточную АВА в этих экспериментах с клещами.
Доктор Джонс сказал, что работа подчеркивает важные взаимодействия между биотическим и абиотическим стрессом у растений:
«Раннее предупреждение при кормлении клещей вызывает каскад иммунных сигнальных молекул, включая жасмоновую кислоту и салициловую кислоту, среди других химических реакций. В совокупности наши результаты показывают, что накопление абсцизовой кислоты и закрытие устьиц также являются ключевыми защитными механизмами, используемыми для уменьшения повреждения клещами. Следующий шаг — выяснить, какой первоначальный сигнал, вырабатываемый клещами, приводит к их обнаружению растением и затем к накоплению абсцизовой кислоты. Биохимические механизмы, используемые растением в качестве сигналов нападения вредителей, могут быть любыми, включая вибрации клещей во время кормления, белки слюны, химические вещества, вырабатываемые клещами или их деятельностью, прямое повреждение клеток (раны) или другие молекулы, связанные с клещами».
«Идентификация первоначальных триггеров потенциально может быть использована для разработки новых методов обработки сельскохозяйственных культур, чтобы вооружить растения перед прогнозируемым заражением вредителями, а также можно рассмотреть вопросы селекции», заключил ученый.