Как растения выбирают между ростом и защитой

Растения не могут одновременно расти и защищаться от патогенов. Долгое время считалось, что причина этого компромисса — ограниченные энергетические ресурсы. Однако новое исследование, опубликованное в Cell Reports, показывает, что истинная причина — несовместимость молекулярных путей, регулирующих рост и защиту.

Противоположные требования

Процессы роста и защиты предъявляют противоречивые требования к клеточной стенке:

• Рост часто требует её разрыхления для расширения клеток.
• Защита от патогенов, наоборот, требует её укрепления.

Ключевой регулятор

Исследователи обнаружили, что транскрипционный фактор HBI1 (Homolog of Bee2 Interacting with lBH 1) контролирует оба процесса. Он регулирует баланс активных форм кислорода (АФК) в апопласте (пространстве между клеточными стенками), по-разному влияя на экспрессию генов NADPH-оксидаз (NOX) и пероксидаз (POX):

• При росте активный HBI1 задаёт низкий уровень апопластных АФК, активируя определённые гены NOX и подавляя гены POX.
• При атаке патогенов HBI1 деактивируется. Это приводит к повышению уровня АФК за счёт активации одного гена NOX и нескольких генов POX, что подавляет рост, но повышает устойчивость к болезням.

Таким образом, компромисс «рост-защита» вызван не ограничением энергии, а несовместимостью молекулярных путей, управляемых одним фактором, но требующих разных уровней АФК.

Перспективы исследования

Работа началась четыре года назад как дипломный проект в Ахене и была завершена в Институте генетики растений и исследований культурных растений им. Лейбница (IPK) в Гатерслебене.

«С нашими текущими результатами мы начинаем понимать один из механизмов, лежащих в основе компромисса между ростом и защитой. Это понимание крайне важно, если мы хотим улучшить производство биомассы растений, не рискуя нарушить их способность защищаться от патогенов», — говорит руководитель группы доктор Шипперс.

Его группа «Развитие семян» в IPK продолжит изучать различные пути в семенах растений. Особый интерес представляют более 70 пероксидаз и 10 NADPH-оксидаз, чьи точные функции неизвестны.

«Пероксидазы и оксидазы оказывают схожее действие у растений и животных. Это указывает на то, что их функциональная консервативность предшествовала консервативности гормонов, поскольку пути передачи гормональных сигналов эволюционировали у растений и людей специфически. Наша цель — полностью распутать эти пути на клеточном уровне, чтобы в конечном итоге раскрыть их регуляцию и функцию в ходе развития растений», — отмечает доктор Шипперс.