Кормление гусениц заставляет листья светиться

Когда растение подвергается нападению травоядных, это запускает ряд физиологических реакций. Ионы кальция (Ca²⁺) являются важными мессенджерами для обработки сигналов повреждения в растительных клетках. Они регулируют передачу сигналов и косвенно контролируют защитные механизмы растения.

Ученые из Института химической экологии Макса Планка в Йене и Института сельскохозяйственных и пищевых наук Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (Германия) визуализировали немедленные реакции растений на повреждение или травоядность. Они использовали растения Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля), которые производят специальный белок. Этот белок распадается после связывания ионов кальция и испускает свободную энергию в виде света. Количество света соответствует концентрациям кальция в клетках соответствующих участков листа.

С помощью высокочувствительной камерной системы на основе ПЗС (CCD) исследователи смогли отследить поток кальция в растениях. Визуализация показала, что кальциевые сигналы возникают системно и в течение короткого времени перемещаются от атакованного листа к соседним, в конечном итоге приводя всё растение в состояние готовности к обороне.

Ключевые результаты

• Системный сигнал: Кальциевый сигнал — это системный, а не локальный процесс. Он перемещается от поврежденного листа к соседним в течение нескольких минут, чтобы запустить последующие защитные реакции.
• Визуализация укусов: "Очень впечатляюще видеть, как каждый укус гусеницы заставляет определенные участки листа светиться. Немедленная реакция растений отчетливо видна", — отмечает Виктория Кип.
• Механизм передачи: Ученые предполагают, что важную роль играют электрические сигналы, передаваемые через сосудистую систему растений (проводящие пучки). Для системной передачи сигнала критично повреждение именно этой системы.
• Влияние слюны: Применение секрета (слюны) личинок гусениц в эксперименте подавляло передачу кальциевого сигнала на соседние листья.
• Сходство реакций: Не было обнаружено существенных различий между сигналами, вызванными механическим повреждением и кормлением гусениц.

Будущие исследования

Ученые планируют изучить:

• Вызывают ли сходную реакцию тли и паутинные клещи, которые лишь слегка повреждают ткань.
• Как передача сигнала происходит у злаков, чьи проводящие пучки устроены иначе, чем у Arabidopsis (семейство Brassicaceae).
• Дальность действия кальциевых сигналов и могут ли они передаваться к корням растения.

Это исследование показывает, что кальциевые сигналы, необходимые для запуска защитных реакций растений, и их пространственно-временное распространение можно визуализировать непосредственно в интактных растениях в различных физиологических и экологических контекстах.