Растения, соприкасающиеся друг с другом, более устойчивы к стрессу

Исследователи обнаружили, что у растения под названием Arabidopsis thaliana при близком расположении друг к другу листья передают химические сигналы, сообщающие о надвигающихся стрессовых условиях окружающей среды.

Новое исследование показало, что, когда листья растений физически соприкасаются друг с другом, они образуют биологическую сигнальную сеть, предупреждающую друг друга о предстоящем стрессе. Это повышает их устойчивость к яркому свету, что является распространенной проблемой в окружающей среде.

В новом исследовании, которое еще не прошло рецензирование и не было опубликовано в научном журнале, под устойчивостью понимается способность растения переносить избыток света без серьезных повреждений, таких как пожелтение листьев. Исследователи оценивали степень повреждения, измеряя утечку ионов из листьев. Чем устойчивее растение, тем меньше ионов оно теряет в ответ на избыток света, и наоборот.

«Мы показали, что растения, соприкасающиеся друг с другом, более устойчивы к световому стрессу. Для этого мы сравнили группы растений, которые соприкасаются друг с другом, с группами, которые не соприкасаются», — рассказал Рон Миттлер, фитолог из Университета Миссури в Колумбии, в интервью New Atlas.

В исследовании 2022 года ученые показали, что растения, находящиеся в физическом контакте, могут передавать электрические сигналы. Миттлер говорит, что они продолжили эту работу, чтобы выяснить, повышает ли сам факт прикосновения устойчивость растений к стрессу. Для исследования команда использовала небольшое растение, похожее на сорняк, Arabidopsis thaliana. Они расположили растения таким образом, чтобы одна группа соприкасалась листьями, а другая — нет.

Установив эту физическую связь, исследователи подвергли растения стрессу, подвергнув их воздействию яркого, интенсивного света, похожего на резкий солнечный свет. Затем они проверили степень повреждения, измерив утечку ионов из поврежденных тканей и накопление пигмента под названием антоциан. Накопление антоциана — признак стресса у растений.

Результаты показали, что при физическом соприкосновении растений друг с другом повреждения листьев и накопление антоцианов были меньше. При этом у растений, выращенных поодиночке, уровень антоцианов был значительно выше. Миттлер рассказал нам, что если стимулировать или подвергать стрессу одно растение, оно посылает сигнал всем остальным растениям, с которыми соприкасается, и они становятся более устойчивыми.

Чтобы лучше понять механизм этого процесса, команда использовала генетически модифицированные растения, которые не могут передавать химические сигналы. Экспериментальная установка состояла из цепочки из трех растений: передатчика, посредника и приемника. Когда посредник был заменен на растения-мутанты, растения-приемники не смогли получить защиту от стресса. Этот эксперимент также показал, что секреция перекиси водорода имеет решающее значение для повышения устойчивости растений.

Это исследование также проливает свет на способность растений к сотрудничеству. Обычно растения конкурируют за пространство, свет и питательные вещества. Миттлер считает это эволюционным компромиссом.

«Если вы выращиваете что-то в суровых условиях, лучше делать это в группе. Если же вы выращиваете что-то в идеальных условиях, без хищников и стрессовых факторов, лучше делать это индивидуально», — говорит он.

«Авторы этой статьи предлагают продуманный и изящный экспериментальный подход, который поможет лучше понять все еще недостаточно изученные механизмы взаимодействия надземных частей растений», — говорит Пиюш Джайн, биолог из Корнеллского университета, участвовавший в исследовании. Этот подход «позволяет ответить на давний вопрос: какие сигналы — химические или электрические — отвечают за повышенную устойчивость к чрезмерному световому стрессу».

Исследование, еще не прошедшее рецензирование, было опубликовано в BioRxiv.