Ученые опровергли представление о медленной химической реакции флоры на инфекции, выяснив, что растения передают сигнал тревоги стремительными электрическими импульсами. Оказалось, что для активации этой «нервной системы» используются не профильные противомикробные вещества, а гормоны, которые раньше считались ответственными исключительно за защиту от насекомых.
Более ста лет назад у растений была открыта SAR (Systemic Acquired Resistance, системная приобретенная устойчивость) — аналог иммунной памяти у животных. Растения в ответ на атаку патогена вырабатывают салициловую кислоту, она накапливается в листьях и стеблях, и клетки всего организма вырабатывают защитные белки. На это уходит не менее 24 часов. Однако недавние исследования показали, что защитные реакции во всем организме растения наблюдаются уже в течение трех-четырех часов после заражения. Каким образом растение реагирует на угрозы так быстро?
Авторы исследования, опубликованного в журнале Nature Plants, обратили внимание на ген JISS1, связанный с жасмонатами — веществами, которые участвуют в реакции растений на физические травмы. Например, когда их рвут, жуют звери или грызут насекомые. Ранние исследования тех же авторов показали, что ген JISS1 экспрессируется в растениях, подвергшихся заражению бактериями. Ученые предположили, что ген JISS1, жасмонаты и быстрое реагирование могут быть связаны.
Ученые провели эксперименты с модельным растением, резуховидкой Таля (Arabidopsis thaliana). Они изменили ее геном, соединив промотор гена JISS1 (индикатор стресса) с люциферазой, заставив растение светиться в момент опасности.
К листьям резуховидки подключили электроды, чтобы проверить, не использует ли растение для передачи данных что-то быстрее химии. Генетики также отключали у подопытных растений рецепторы к разным гормонам и глутаматные каналы, чтобы найти, кто именно запускает сигнал тревоги. Подопытные растения заражали бактериями Pseudomonas syringae и давили пинцетом, имитируя укусы.
Оказалось, сигнал запускало не накопление салициловой кислоты. Светящийся биосенсор, связанный с геном JISS1, показал, что сигнал тревоги покидает зараженную зону уже через 30 минут, распространяясь по внутренним каналам клеток (эндоплазматическому ретикулуму). Именно жасмонаты запускали каскад электрических волн амплитудой в 100 милливольт. Деполяризация длилась около двух часов, а сами сигналы бежали по растению подобно нервному импульсу. Более того, для передачи этого сигнала растение использовало глутаматные рецепторы — прямой аналог тех, что работают в мозге человека при передаче информации между нейронами.
Растения не тратят драгоценные минуты на выяснение личности врага. Атака бактерий воспринимается ими как физическая рана, и они используют универсальную, быструю жасмонатно-электрическую сеть, чтобы привести весь организм в боевую готовность еще до того, как начнется специфическая химическая защита.