Самоактивация — часть стратегии успеха паразитических сорняков

Исследование под руководством профессора Сюзанн Викке из Института эволюции и биоразнообразия Мюнстерского университета, опубликованное в Science Advances, показало, что некоторые паразитические растения активируют свои питающие органы (гаустории) независимо от растения-хозяина. Эта стратегия повышает их способность успешно заражать хозяина.

Как паразитические растения самоактивируются

Исследователи обнаружили, что паразиты уже производят в своих семенах различные вещества и выделяют их. Таким образом, они запускают развитие своих гаусторий даже без хозяина. Это позволяет молодым паразитам достичь состояния, в котором они могут прикрепиться к растению-хозяину особенно быстро и эффективно. Эта «самоактивация» увеличивает их способность к успешному заражению — ключевой фактор, объясняющий, почему эти сорняки так трудно контролировать в сельском хозяйстве.

Явление наблюдали у трёх видов паразитических растений семейства заразиховых, которые заражают, например, масличные культуры, полевые бобы, рис или кукурузу и могут вызывать значительные потери урожая. Среди них виды, полностью зависящие от хозяев, и те, которые после периода полной зависимости под землёй становятся частично независимыми. Все они показали независимую предактивацию своих гаусторий, хотя и в разной степени.

Последствия для борьбы с сорняками и исследований

По словам Викке, «исследование указывает, что этот механизм может быть более распространённым, чем предполагалось ранее». Результаты вызвали фундаментальное изменение в прежнем понимании паразитических растений. Долгое время широко считалось, что эти вредители начинают развивать гаустории только тогда, когда хозяин выделяет специфические факторы роста.

Обнаружение того, что паразитические растения инициируют ключевые процессы развития автономно и на очень ранних стадиях, открывает новые пути для управления паразитическими сорняками. Например, может стать возможным воздействовать на собственные сигнальные молекулы паразита, запускающие формирование гаустория, или вмешиваться в раннюю активацию связанных с гаусторием генов.

Исследование также демонстрирует, что различные классы соединений могут оказывать значительно более сильное влияние на развитие гаустория при совместном действии, чем по отдельности, и что специфические гены паразита активируются в точно определённые моменты развития — включая те, которые необходимы для установления сосудистой непрерывности, через которую паразит в конечном итоге получает воду и питательные вещества от хозяина.

Более того, семена других видов растений — будь то хозяева или не-хозяева — выделяют соединения, усиливающие этот процесс самоактивации. Это подчёркивает общую плотность семян в заражённых почвах как ранее недооценённый экологический фактор, который может влиять на укоренение паразита и может быть использован в будущих стратегиях контроля.

Экспериментальные методы и техники анализа

Исследователи сочетали эксперименты по прорастанию и росту в строго контролируемых условиях с различными методами микроскопии для прямого наблюдения за развитием молодых паразитических растений. Для определения растворённых веществ использовали особо чувствительный метод анализа (UHPLC-MS/MS), позволивший точно измерить крошечные количества различных молекул. Кроме того, они регистрировали, какие гены включаются в клетках в точно определённые моменты времени и контролируют процессы развития.