Исследователи из Чжэцзянского университета Китая обнаружили, что кукуруза (Zea mays) при выращивании в условиях высокой плотности посадки инициирует сложную защитную реакцию. Растения, ощущая чрезмерную близость соседей, выделяют в воздух летучий газ, который служит сигналом тревоги для окружающих растений, заставляя их активировать защитные механизмы против вредителей и патогенов. Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Science и сопровождались отдельной аналитической статьей Perspective.
Центральным элементом этой коммуникации является линалоол — терпеновый спирт, который кукуруза выпускает в атмосферу. Это вещество, производимое многими видами растений, обладает сложным цветочным ароматом, напоминающим запах пряной древесины или французской лаванды, и широко используется в парфюмерии и чистящих средствах. В данном случае линалоол выполняет функцию химического сигнала, который улавливают соседние растения.
Когда соседние растения кукурузы обнаруживают в воздухе линалоол, они запускают каскадную химическую реакцию, которая начинается над землей, но завершается в почве. Первым шагом после обнаружения газового сигнала является усиленная выработка в корнях специфического гормона — жасмоната. Этот гормон служит внутренним посредником, передающим команду на следующий этап защиты.
Получив сигнал от жасмоната, корни начинают активно выделять в почву другой класс химических соединений — бензоксазиноиды. Эти вещества целенаправленно изменяют состав почвенного микробиома, то есть сообщества бактерий, живущих вокруг корневой системы. Изменение микрофлоры является ключевым фактором в создании защитного барьера.
Модифицированный под действием бензоксазиноидов почвенный микробиом становится враждебным для широкого спектра угроз. Он эффективно защищает растения от прожорливых насекомых, в частности гусениц, а также от почвенных патогенов, микробных заболеваний и нематод. Таким образом, одно растение, почувствовавшее «скученность», способно укрепить оборону всего поля.
Исследование показало высокую скорость и эффективность этого механизма. На полях с высокой плотностью посадки кукуруза усиливала свою химическую защиту от гусениц всего за три дня. Более того, изменения, внесенные в почвенный микробиом, оказались долговечными. Последующие поколения кукурузы, высаженные в эту же почву, демонстрировали повышенную устойчивость к вредителям.
Однако у этой сложной защитной стратегии есть существенный недостаток. Растения, которые активируют данный механизм, перераспределяют свои ресурсы с роста на оборону. В результате их общие темпы роста снижаются. Этот компромисс между ростом и защитой является фундаментальным для выживания растений в конкурентной среде.
Открытие данного механизма открывает путь к разработке более экологичных стратегий защиты урожая. Понимание того, как растения естественным образом защищают себя, может значительно снизить зависимость сельского хозяйства от вредных пестицидов. Ученые предполагают, что этот природный защитный путь можно использовать через селекцию, создание микробных инокулянтов для почвы или методы синтетической биологии.
Изображение носит иллюстративный характер
Центральным элементом этой коммуникации является линалоол — терпеновый спирт, который кукуруза выпускает в атмосферу. Это вещество, производимое многими видами растений, обладает сложным цветочным ароматом, напоминающим запах пряной древесины или французской лаванды, и широко используется в парфюмерии и чистящих средствах. В данном случае линалоол выполняет функцию химического сигнала, который улавливают соседние растения.
Когда соседние растения кукурузы обнаруживают в воздухе линалоол, они запускают каскадную химическую реакцию, которая начинается над землей, но завершается в почве. Первым шагом после обнаружения газового сигнала является усиленная выработка в корнях специфического гормона — жасмоната. Этот гормон служит внутренним посредником, передающим команду на следующий этап защиты.
Получив сигнал от жасмоната, корни начинают активно выделять в почву другой класс химических соединений — бензоксазиноиды. Эти вещества целенаправленно изменяют состав почвенного микробиома, то есть сообщества бактерий, живущих вокруг корневой системы. Изменение микрофлоры является ключевым фактором в создании защитного барьера.
Модифицированный под действием бензоксазиноидов почвенный микробиом становится враждебным для широкого спектра угроз. Он эффективно защищает растения от прожорливых насекомых, в частности гусениц, а также от почвенных патогенов, микробных заболеваний и нематод. Таким образом, одно растение, почувствовавшее «скученность», способно укрепить оборону всего поля.
Исследование показало высокую скорость и эффективность этого механизма. На полях с высокой плотностью посадки кукуруза усиливала свою химическую защиту от гусениц всего за три дня. Более того, изменения, внесенные в почвенный микробиом, оказались долговечными. Последующие поколения кукурузы, высаженные в эту же почву, демонстрировали повышенную устойчивость к вредителям.
Однако у этой сложной защитной стратегии есть существенный недостаток. Растения, которые активируют данный механизм, перераспределяют свои ресурсы с роста на оборону. В результате их общие темпы роста снижаются. Этот компромисс между ростом и защитой является фундаментальным для выживания растений в конкурентной среде.
Открытие данного механизма открывает путь к разработке более экологичных стратегий защиты урожая. Понимание того, как растения естественным образом защищают себя, может значительно снизить зависимость сельского хозяйства от вредных пестицидов. Ученые предполагают, что этот природный защитный путь можно использовать через селекцию, создание микробных инокулянтов для почвы или методы синтетической биологии.
