Как растения реагируют на грибы

Растения постоянно подвергаются атакам грибов и других микроорганизмов. Воздух полон грибных спор, которые прикрепляются к листьям растений и прорастают, особенно в тёплую и влажную погоду. Некоторые грибы остаются на поверхности листьев. Другие, например, ложная мучнистая роса, проникают внутрь растений и размножаются, извлекая важные питательные вещества. Эти грибы могут наносить большой ущерб в сельском хозяйстве.

Входными воротами для некоторых из этих опасных грибов служат устьица — мелкие поры в большом количестве расположенные на листьях растений. С помощью специализированных замыкающих клеток, которые окружают каждую устьичную пору, растения могут изменять ширину её открытия и полностью закрывать её. Таким образом они регулируют обмен водой и углекислым газом с окружающей средой.

Хитиновый покров выдаёт грибы

Замыкающие клетки также функционируют в защите растений: они используют специальные рецепторы для распознавания атакующих грибов. Недавнее открытие исследователей под руководством профессора Райнера Хедриха из Университета Юлиуса-Максимилиана в Вюрцбурге (JMU, Бавария, Германия) пролило ценный свет на механику этого процесса.

«Грибы, которые пытаются проникнуть в растение через открытые устьица, выдают себя своим хитиновым покровом», — говорит Хедрих. Хитин — это углевод. Он играет в клеточных стенках грибов ту же роль, что целлюлоза у растений.

Раскрыты молекулярные детали

В статье в журнале eLife подробно описано, как растение распознаёт грибы, и молекулярная сигнальная цепь, посредством которой хитин запускает закрытие устьиц. Помимо Хедриха, публикацией руководила профессор Зильке Робатцек из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана. Молекулярный биолог Робатцек специализируется на системах защиты растений от патогенов, а биофизик Хедрих — эксперт в регуляции замыкающих клеток и устьиц.

Упрощённо хитин вызывает следующие процессы: при стимуляции хитиновых рецепторов они передают сигнал опасности и тем самым активируют ионный канал SLAH3 в замыкающих клетках. Впоследствии открываются другие каналы и позволяют ионам вытекать из замыкающих клеток. Это приводит к падению внутреннего давления клеток и закрытию устьиц — блокируя вход для гриба и оставляя его снаружи.

Практическое применение в сельском хозяйстве

Исследовательская группа продемонстрировала этот процесс на модельном растении Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля). Следующим шагом станет перенос этих выводов с модели на сельскохозяйственные культуры. «Цель — дать селекционерам инструменты, необходимые для выведения устойчивых к грибам сортов. Если это удастся, использование фунгицидов в сельском хозяйстве можно будет значительно сократить», — заявил Райнер Хедрих.