Первые шаги к пониманию биохимии обоняния растений

Растениям не нужен нос, чтобы чувствовать запахи. Эта способность заложена в их генах. Исследователи из Токийского университета обнаружили первые шаги того, как информация от молекул запаха изменяет экспрессию генов у растений. Манипулирование системами обнаружения запахов у растений может привести к новым способам влияния на их поведение.

Это открытие первым раскрывает молекулярную основу обнаружения запахов у растений, и на его получение ушло более 18 лет.

«Мы начали этот проект в 2000 году. Часть сложности заключалась в разработке новых инструментов для исследований, связанных с запахами, у растений», — сказал профессор Кадзусигэ Тоухара из Токийского университета.

Растения обнаруживают класс молекул запаха, известных как летучие органические соединения, которые необходимы для многих стратегий выживания растений, включая привлечение птиц и пчел, отпугивание вредителей и реакцию на болезни у соседних растений. Эти соединения также придают эфирным маслам их характерные ароматы.

Команда Тоухары подвергала клетки табака и 4-недельные растения табака воздействию различных летучих органических соединений. Они обнаружили, что молекулы запаха изменяют экспрессию генов, связываясь с другими молекулами, называемыми корепрессорами транскрипции, которые могут включать или выключать гены.

У растений молекулы запаха должны проникнуть в клетку и накопиться, прежде чем они повлияют на поведение. У животных молекулы запаха распознаются рецепторами на внешней стороне клеток в носу и немедленно запускают сигнальный путь для распознавания запаха и изменения поведения.

«Растения не могут убежать, поэтому, конечно, они реагируют на запахи медленнее, чем животные. Если растения могут подготовиться к изменению окружающей среды в течение одного дня, этого, вероятно, для них достаточно», — сказал Тоухара.

Скорость для растений не нужна, но они, возможно, способны распознавать гораздо большее разнообразие молекул запаха.

«У людей около 400 обонятельных рецепторов. У слонов около 2000 — это самое большое число среди животных. Но, исходя из того, сколько генов транскрипционных факторов есть у растений, они могут обнаруживать гораздо больше запахов, чем животные», — сказал Тоухара.

Тоухара предполагает, что эти открытия можно применить для влияния на качество или свойства сельскохозяйственных культур без сложностей генного редактирования или использования пестицидов. Фермеры могли бы опрыскивать поля запахом, связанным с желаемым поведением растений. Например, запахом, который заставляет растения изменить вкус своих листьев, чтобы отпугнуть насекомых.

«Все существа общаются с помощью запаха. До сих пор наша лаборатория изучала коммуникацию внутри вида: насекомое с насекомым, мышь с мышью, человек с человеком. Это понимание того, как растения общаются с помощью запаха, откроет возможности для изучения "обонятельной" коммуникации между всеми существами», — сказал Тоухара.