Растения научились говорить на языке круглых червей

Нематоды — крошечные круглые черви, которые повсеместно заражают корни растений, ежегодно нанося ущерб урожаю более чем на 100 миллиардов долларов. Новое исследование показало, что растения манипулируют феромонами червей, чтобы отпугнуть их, что открывает новые пути для борьбы с этими вредителями.

Под руководством Франка Шрёдера из Института Бойса Томпсона группа изучала группу химических веществ — аскарозиды, которые черви производят и выделяют для общения друг с другом. Как описано в статье, опубликованной в Nature Communications 10 января, исследователи показали, что растения также «общаются» с нематодами, метаболизируя аскарозиды и выделяя метаболиты обратно в почву.

«Дело не только в том, что растение может "почувствовать" или "унюхать" нематоду, — сказал Шрёдер. — Растение учится иностранному языку, а затем транслирует что-то на этом языке, распространяя пропаганду о том, что "это плохое место". Растения вмешиваются в систему коммуникации нематод, чтобы отогнать их».

Исследование основано на предыдущей работе команды, которая показала, что растения реагируют на ascr#18 — преобладающий аскарозид, выделяемый нематодами, заражающими растения, — усиливая собственную иммунную защиту, защищаясь от многих видов вредителей и патогенов.

В тех ранних исследованиях «мы также видели, что когда ascr#18 давали растениям, химическое вещество со временем исчезало», — сообщил ведущий автор Мурли Манохар, старший научный сотрудник BTI.

Это наблюдение, а также опубликованные данные о том, что растения могут модифицировать метаболиты вредителей, привели команду к гипотезе, что «растения и нематоды взаимодействуют посредством сигналов малых молекул и изменяют сообщения друг друга», — сказал Шрёдер.

Чтобы проверить эту идею, команда обработала три вида растений — арабидопсис, пшеницу и томат — ascr#18 и сравнила соединения в обработанных и необработанных растениях. Они идентифицировали три метаболита ascr#18, наиболее распространенным из которых был ascr#9.

Исследователи также обнаружили, что корни арабидопсиса и томата выделяют три метаболита в почву, и что смесь 90% ascr#9 и 10% ascr#18, добавленная в почву, отгоняла нематод от корней растения, тем самым снижая заражение.

Команда предположила, что нематоды в почве воспринимают эту смесь как сигнал от уже зараженных растений, означающий «уходи», чтобы предотвратить перенаселение одного растения. Черви, возможно, эволюционировали, чтобы использовать метаболизм растений для отправки этого сигнала. Растения, в свою очередь, могли эволюционировать, чтобы искажать сигнал, делая вид, что они максимально заражены, тем самым обманывая потенциальных захватчиков.

«Это новый, ранее неизвестный аспект их взаимоотношений, — сказал Манохар. — И у растений могут быть аналогичные типы химической коммуникации с другими вредителями».

Хотя смесь ascr#9 и ascr#18 может служить защитой для урожая, Шрёдер заявил, что использование чистого ascr#18 на культурах, как описано в предыдущих исследованиях команды, не должно наносить ущерба.

«Ascr#18 в основном подготавливает растение к более быстрому и сильному ответу на патоген, а не полностью запускает защитную реакцию сам по себе, — пояснил он. — Поэтому для растения не должно быть затрат в виде снижения роста, урожайности или других проблем».

Команда также показала, что растения метаболизируют ascr#18 через пероксисомальный путь β-окисления — систему, сохранившуюся у многих видов растений.

«Эта статья раскрывает древнее взаимодействие, — сказал Шрёдер. — Все нематоды производят аскарозиды, и у растений были миллионы лет, чтобы научиться манипулировать этими молекулами».

Он добавил: «Растения — не пассивные зеленые объекты. Они являются активными участниками интерактивного диалога с окружающей средой, и мы продолжим расшифровывать этот диалог».