Растения активируют системный иммунитет гораздо быстрее, чем считалось
Новое исследование, опубликованное в Nature Plants, показывает, что растения мобилизуют защитные реакции системного иммунитета гораздо раньше, чем считалось десятилетиями, — через ранее упущенный из виду ранний сигнальный механизм.
Когда растение атаковано, оно быстро инициирует защитные реакции на месте заражения, но также может активировать иммунный ответ в отдаленных, еще не инфицированных тканях — процесс, известный как системная приобретенная устойчивость (SAR).
Десятилетиями считалось, что SAR зависит от сигнальной молекулы салициловой кислоты (поддерживаемой N-гидроксипипеколовой кислотой) для обеспечения долговременной защиты. Эти молекулы синтезируются после заражения и постепенно накапливаются в отдаленных тканях.
Команда из Уорикского университета теперь показала, что до установления этой защиты, основанной на салициловой кислоте, растения используют гораздо более быструю систему коммуникации: волну иммунных сигналов, зависимых от жасмонатов, которая распространяется по растению всего за несколько часов, инициируя SAR задолго до классических маркеров активации.
«Мы показываем, что иммунитет всего растения активируется гораздо быстрее, чем мы когда-либо осознавали», — сказал профессор Мюррей Грант, старший автор исследования.
«Классический SAR на основе салициловой кислоты по-прежнему жизненно важен, но наша работа раскрывает новую систему раннего предупреждения, работающую на жасмонатах — гормонах, которые ранее считались подавляющими иммунный ответ на основе салициловой кислоты».
В то время как накопление салициловой кислоты может занимать более 24 часов, зависимый от жасмонатов сигнал появлялся в течение трех-четырех часов после заражения, быстро перемещаясь через эпидермальные и сосудистые ткани растения в незараженные листья.
Наблюдение за иммунитетом в реальном времени
Чтобы обнаружить эту скрытую раннюю фазу SAR, исследователи разработали новый репортер JISS1:LUC, связанный с жасмонатами, который функционирует как молекулярный трекер для этой ранней иммунной активации. Этот инструмент позволил им визуализировать движение иммунных сигналов в реальном времени.
Эта очень ранняя сигнальная фаза оставалась скрытой до сих пор, потому что большинство традиционных подходов детектируют иммунные ответы во время или после полного установления системной защиты, измеряя классические молекулярные маркеры или саму салициловую кислоту, уже после развития этих сигналов, управляемых жасмонатами.
Результаты указывают на многофазную стратегию SAR. «Жасмонаты подают сигнал тревоги, — объяснила доктор Эрин Страуд, соавтор исследования. — Они координируют быстрый, мобильный иммунный сигнал, предупреждая все растение о приближающейся опасности. Затем классические сигнальные соединения, такие как салициловая кислота и N-гидроксипипеколовая кислота, усиливают и стабилизируют эту защиту».
Исследование показало, что даже у растений, неспособных производить или воспринимать салициловую кислоту, ранняя волна сигналинга происходила, но SAR исчезал, когда нарушался биосинтез жасмонатов. Такие растения демонстрировали нормальный локальный иммунный ответ на инфекцию, но не могли защитить отдаленные листья.
Новые возможности для защиты урожая
Неожиданно команда также обнаружила, что жасмонатная сигнализация необходима для поддержки общерастительных электрических сигналов, подобных сигналам, ранее связанным с реакцией на ранения и травоядных.
«Эти электрические сигналы похожи на те, что вызываются повреждениями от травоядных, и для обеспечения этой быстрой дальней связи требуется функциональная жасмонатная сигнализация», — сказала доктор Эмили Бриз, соавтор исследования.
Открытие того, что как жасмонатная, так и электрическая сигнализация задействованы на ранних этапах системного иммунитета, открывает новые возможности для создания сельскохозяйственных культур, которые быстрее реагируют на инфекцию, ограничивая распространение болезней и потерю урожая.
«Эта работа не только меняет наше понимание системного иммунитета растений, но и дает нам уникальную возможность разработать стратегии биоинженерии защитных систем, обеспечивающих широкий, а не специфический для патогена, спектр устойчивости сельскохозяйственных культур», — заключил профессор Грант.