Считается, что специализированная нервная ткань, позволяющая проводить электрические сигналы по всему телу, есть только у животных. Ключевую роль в передаче электрических сигналов играют маленькие молекулы – нейромедиаторы, которые выделяются активированными нейронами и возбуждают другие нейроны. В нервной системе позвоночных главным возбуждающим нейромедиатором является глутамат (о ней подробнее – в нашей статье). Кстати, именно на нём основана работа памяти.
CREDIT: SIMON GILROY/UW-MADISON
У растений нет нейронов и, как долгое время считалось, нейромедиаторов и нервной системы вообще. Тем не менее, у многих растений уже много лет известны защитные реакции, чем-то похожие на передачу сигналов в нервной системе. Например, повреждение листьев травоядными животными в одной части растения запускает образование защитного гормона жасмоновой кислоты, ядов и разнообразных «невкусных» веществ во всех листьях растения. Удивительно, но, как сообщается в новой статье в Science, в передаче защитных сигналов у растений тоже принимает участие глутамат! Каким же образом он это делает?
Оказалось, что при различных повреждениях – например, когда листья поедаются гусеницей или режутся ножницами, в месте повреждения в клетках быстро повышается концентрация кальция. Через короткое время концентрация кальция увеличивается в клетках других листьев, даже удалённых. Распространение кальциевого сигнала связано с перемещением по апопласту (системе межклетников) молекул глутамата, которые связываются на клетках-мишенях с особыми белками – глутаматподобными рецепторами (англ. Glutamate-like receptors, GLR), напоминающими глутаматные рецепторы позвоночных.
У растения экспрессируются несколько видов GLR, причём разные виды приурочены к разным тканям: GLR одного вида образуются клетками корня, флоэмы листа, паренхимы ксилемы. Глутамат высвобождается из повреждённых клеток и вызывает открытие кальциевых каналов в клетках, экспрессирующих GLR, из-за чего кальций входит в них и вызывает изменения в экспрессии генов, например, запускает образование токсинов.
Нетрудно заметить, что принцип глутаматной передачи у растений очень похож на работу нервной системы животных: глутамат связывается с клетками-мишенями посредством особых рецепторов и изменяет их электрический потенциал, вызывая вход кальция в клетки и изменяя клеточный метаболизм. Поэтому очень хочется назвать глутаматную систему растений неким подобием нервной системы животных. Однако нам предстоит ещё очень многое узнать о роли электрических сигналов в физиологии растений, прежде чем делать такие далеко идущие выводы.
Текст: Елизавета Минина
Toyota, M., Spencer, D., Sawai-Toyota, S., Jiaqi, W., Zhang, T., Koo, A. J., … Gilroy, S. (2018). Glutamate triggers long-distance, calcium-based plant defense signaling. Science, 361(6407), 1112–1115. doi:10.1126/science.aat7744