Железо влияет на иммунитет растений и может повысить устойчивость к изменению климата

Растения, как и животные, нуждаются в железе для роста и регуляции микробиомов — сообществ бактерий, грибов и других организмов, которые сосуществуют, например, в почве вокруг корней. Растения сталкиваются с особой проблемой при усвоении железа, поскольку их стратегии повышения его доступности изменяют корневой микробиом и могут невольно способствовать росту вредных почвенных бактерий.

Ученые из Института Солка обнаружили, как растения справляются с дефицитом железа, не помогая «плохим» бактериям. Они выяснили, что в корнях, подверженных бактериальной угрозе, устраняется молекулярный сигнал дефицита железа IMA1. Кроме того, большее количество IMA1 в листьях повышает их устойчивость к бактериальной атаке, что указывает на глубокую взаимосвязь между сигнальным путем дефицита железа и иммунной системой растения.

Результаты опубликованы в журнале Nature.

Поскольку биодоступное железо — относительно дефицитный ресурс, растения выработали механизмы для его усиленного поглощения в условиях нехватки. Однако эти механизмы могут также повышать доступность железа для вредоносных бактерий в ризосфере.

Исследователи использовали модельное растение Arabidopsis thaliana. Они выращивали его в субстрате с низким и высоким содержанием железа, а затем добавляли фрагменты бактериальных жгутиков, чтобы имитировать присутствие бактерий.

Оказалось, что когда корни в условиях дефицита железа ощущают угрозу (сигнал от жгутиков), растение не вступает в конкуренцию за ресурс, а немедленно прекращает усвоение железа, устраняя сигнал IMA1, даже ценой остановки роста. В среде с высоким содержанием железа IMA1 не устранялся, но и не экспрессировался активно, так как уровень железа был достаточным.

Дальнейшее изучение показало, что чем больше IMA1 в листьях, тем они устойчивее к бактериальной атаке. Это привело к выводу, что доступность железа и сигналинг его дефицита помогают orcheстрировать иммунный ответ растения.

Авторы считают, что IMA1 может стать мишенью для оптимизации иммунитета растений. Это особенно важно в условиях меняющегося климата и быстрой эволюции заболеваний. Понимание того, как растения регулируют сигнальные и иммунные реакции в условиях нехватки ресурсов, будет ключевым для оптимизации здоровья растений.

В будущем исследователи планируют изучить, может ли воздействие на IMA1 изменить устойчивость растений к болезням, и как именно клетки корней отключают этот сигнальный путь. Эти знания могут быть полезны и для понимания работы других всасывающих тканей, например, кишечника млекопитающих, в контексте взаимодействия микробиома, иммунной системы и обмена железа.