Заговор овощей

Повилика, паразитирующая на растении-хозяине. Фото: Flickr

Паразитические растения обмениваются геномом со своими хозяевами; это открытие может спасти пораженные сельскохозяйственные урожаи

Станислав Наранович

15 августа, 2014 11:34

6 мин

Ботаники обнаружили совершенно новый способ коммуникации растений. Согласно исследованию Джеймса Вествуда из Политехнического университета Виргинии, опубликованному в журнале Science, повилика — паразитическое растение семейства Вьюнковые — способна извлекать генетический материал из растения-хозяина и обмениваться с ним своим РНК.

«Перемещение РНК между клетками одного растения хорошо документировано, в отличие от межвидовой транспортировки РНК. Cuscuta pentagona (повилика) — паразитическое растение образует симпластные связи со своим хозяином и впитывает его матричные РНК (мРНК). Мы секвенировали транскриптом из Cuscuta, растущей на резуховидках (Arabidopsis) и томатах, и обнаружили, что мРНК перемещается в больших количествах в обоих направлениях. Эти данные демонстрируют, что паразитические растения способны обмениваться большими долями своего транскриптома с хозяевами, обеспечивая потенциальный механизм межвидового РНК-взаимодействия и горизонтального переноса генов», — говорится в исследовании.

По словам исследователя, это может быть простым средством, с помощью которого растения получают энергию друг от друга. «Типичный способ коммуникации растений — через химические вещества, выделяемые листьями или корнями. То, что они при этом еще и обмениваются РНК, является новой и совершенно не изученной концепцией», — цитирует Verge Вествуда.

Это открытие может сделать прорыв в сельском хозяйстве, если получится изучить механизм обмена РНК и понять, можно ли его использовать для защиты кормовых трав, овощных и бахчевых культур от паразитических видов, говорит биолог. Сегодня фермеры применяют против паразитов специальные химические вещества — гербициды, в том числе и для борьбы с повиликой, чаще всего поражающей грядки с томатами, клюквой и люцерной. Необходимость в гербицидах отпадет, если развести сельскохозяйственные растения, чей геном изначально приспособлен против паразитической РНК. Прежде чем создать такие модифицированные агрокультуры, ботаники намерены убедиться, что растение-хозяин действительно умеет расшифровывать последовательности чужого генома.

Команда Вествуда изучала образцы ткани томата, который был поражен повиликой — она обвивается вокруг хозяина и питается его соками. Поскольку отдельные геномы повилики и томата уже давно расшифрованы, биологи могли сравнить с ними свои образцы. В ходе сравнения выяснилось, что представитель пасленовых обменялся с паразитом тысячами последовательностей рибонуклеиновой кислоты. «Это удивительно по множеству причин! Во-первых, если вы думаете о настоящем паразите, то предполагаете, что он просто питается полезными веществами хозяина и не отдает ему генетический материал», — объяснил ученый, подчеркнув, что удивляет и размах обмена РНК.

Вполне возможно, что паразит использует свои РНК для «шпионажа» за организмом того, на ком паразитирует, а также «взлома» их сосудистой системы — например, для смягчения клеточных стенок растения. «Паразит фактически отправляет информацию в стан противника. Логично, что РНК будет работать, чтобы помочь паразиту обосноваться в хозяине», — говорит Вествуд.

Коммуникации между растениями ученые изучают не первое десятилетие. В восьмидесятых зоолог Дэвид Роудс из Вашингтонского университета обнаружил, что ива ситхинская, в ответ на нападение коконопрядов и белой бабочки, изменяла свой биохимический состав. Ее листья становились менее вкусными и питательными, из-за чего питавшиеся ими агрессоры почти не росли. Когда биолог покормил личинок листьями соседней здоровой ивы, ничего не изменилось — насекомые росли аномально медленно. Ученый пришел к выводу, что у двух разных ив проходили одинаковые биохимические процессы — зараженное дерево неизвестным образом передало сообщение незараженному, после чего оно тоже изменило состав листьев для борьбы с насекомыми.

Открытием «говорящих растений» вдохновился молекулярный биолог Тед Фармер, изучавший фитогормоны. Он исследовал полынь, выделяющую метилжасмонат для отпугивания насекомых. В одном из экспериментов биолог просто положил полынь с надкусанными листьями в герметичную емкость с кустами томата. Овощ сразу начал выделять ингибиторы протеазы, отравляющие вредителей.

Сегодня ботаники уверены, что почти все растения на свете выделяют летучие органические соединения в ответ на раздражающие факторы. Эти химические сообщения имеют универсальный характер для всего зеленого царства, поэтому их могут улавливать растения других видов — табак понимает предостережение полыни, а лимская фасоль реагирует на биохимическую эмиссию огурца. Растения умеют общаться и с животными, например, призывая насекомых-хищников, питающихся травоядными. Маис, на который нападают гусеницы травяной совки, выделяет облако летучих соединений, привлекающее опаснейших ос-паразитов, которые набрасываются на гусениц и откладывают яйца в их телах. Сигналы растений распознают муравьи, моль, колибри и даже черепахи. Тед Фармер исследовал взаимоотношения последних с капустой.

ТЕГИ

поддержать проект

Для поднятия хорошего настроения, вы можете угостить наших редакторов чашечкой кофе

Маленькая чашка кофе