Растения выделяют летучие органические соединения в атмосферу при механических повреждениях или нападениях насекомых. Соседние растения воспринимают эти вещества как сигнал опасности и активируют защитные реакции против потенциальных угроз. Впервые об этом механизме биологи узнали в 1983 году. Во время экспериментов наличие такой защиты подтвердилось более чем у 30 различных видов растений. Однако сам механизм коммуникации оставался неизвестным.
Исследовательская группа, возглавляемая профессором Масацугу Тойотой (Университет Сайтама, Япония), смогла визуализировать «общение» между растениями в режиме реального времени. Учёным удалось показать, как летучие соединения поглощаются растениями и как в ответ формируются защитные реакции. Это новаторское исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Сначала исследователи изготовили оборудование для улавливания особых летучих веществ, выделяемых растениями, и объединили его с системой флуоресцентной визуализации в реальном времени.
Инновационная установка визуализировала вспышки флуоресценции, распространяющиеся на горчице, Arabidopsis thaliana, после воздействия летучих соединений, выделяемых повреждёнными насекомыми растениями. Горчица создавала флуоресцентные белковые сенсоры для внутриклеточных ионов кальция. Этот процесс можно отслеживать, наблюдая за изменениями флуоресценции.
Исследователям удалось выяснить, какие специфические клетки проявляют сигналы Ca2+, которые затем заставляют растения производить белковые сенсоры в защитных клетках, мезофилле или эпидермисе. Защитные клетки представляют собой бобовидные клетки на поверхности растений и образуют устьица. У растений нет «носа», но устьица служат своего рода «улавливателями», обеспечивающими быстрое проникновение летучих соединений в ткани листьев.
Команда учёных обнаружила, что предварительная обработка абсцизовой кислотой (ABA), одним из фитогормонов, известных своей способностью закрывать устьица, снижает реакцию Ca2+ в листьях.
— Мы наконец смогли понять, где и как растения реагируют на передаваемые по воздуху «предупреждающие сообщения» от своих соседей, которым угрожает опасность. Эта невидимая коммуникационная сеть, скрытая от наших глаз, играет ключевую роль в своевременной защите растений от неминуемых угроз, — говорит Масацугу Тойота.
