Jak rośliny wyczuwają zagrożenie
W jaki sposób rośliny czują niebezpieczeństwo? Właśnie na to pytanie chcą odpowiedzieć naukowcy finansowanego ze środków UE projektu PERVOL. „Kiedy liście roślin są atakowane przez owady, natychmiast uwalniają specyficzną mieszankę lotnych substancji chemicznych”, mówi Matthias Erb, koordynator projektu i profesor Instytutu Nauk o Roślinach Uniwersytetu w Bernie. Substancje te są odbierane przez inne części rośliny i traktowane jako sygnał do przygotowania się na atak. Naukowiec chciał zbadać, w jaki sposób rośliny interpretują odbierane lotne substancje. Czy mają receptory analogiczne do zwierzęcych? Jak przekładają sygnały chemiczne na reakcje obronne? „Zrozumienie tego, w jaki sposób rośliny interpretują związki lotne wysyłane w sytuacji zagrożenia, byłoby przełomem w badaniach nad sygnałami u roślin”, mówi Erb. „Pomogłoby to również w przełożeniu ich percepcji na potencjalne zastosowania w rolnictwie”.
Przekraczanie granic
W projekcie PERVOL przekroczenie granic rozpoczęło się od opracowania innowacyjnego systemu pobierania próbek związków lotnych. System łączy w sobie technologię robotyczną, dostosowany do potrzeb system przepływu powietrza oraz spektrometrię mas z jonizacją poprzez przeniesienie protonu. Powstał przy wsparciu firm TOFWERK i abon LIFE SCIENCES oraz grupy BIBUS. „Nasz system jest w stanie rejestrować charakterystyczne cechy związków lotnych z ponad 100 różnych źródeł jednocześnie”, dodaje Erb. „Rozdzielczość czasowa poniżej 30 minut umożliwiła nam wyznaczenie nowego standardu w dziedzinie badań nad związkami lotnymi wydzielanymi przez rośliny”. Korzystając z tego systemu, badacze postanowili określić genetyczne podstawy i biologiczne konsekwencje odbioru lotnych substancji przez rośliny. „Odkryliśmy, że kukurydza w odpowiedzi na sygnały przekazywane poprzez wydzielenie dwóch substancji lotnych – indolu i octanu heksenylu – generuje silne i specyficzne reakcje obronne, które zwiększają jej odporność na ataki roślinożerców”. Naukowcy badali również ryż i odkryli, że indol wzmacnia uruchomienie szlaku wczesnej sygnalizacji obrony rośliny, w tym specyficznego szlaku kinaz aktywowanych mitogenami. W momencie odbioru sygnału przekazywanego za pomocą indolu kinazy te wywołują zwiększenie produkcji hormonów stresu (jasmonianów), co ostatecznie sprawia, że roślina silniej się broni.
Nowe spojrzenie na lotne substancje wydzielane przez rośliny
W ramach projektu PERVOL, realizowanego dzięki wsparciu Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych, udało się zidentyfikować wczesne komponenty sygnalizacyjne niezbędne do odbierania przez rośliny lotnych substancji wytwarzanych w odpowiedzi na ataki roślinożerców. „Wykonanie wysokorozdzielczych badań przesiewowych związków lotnych wydzielanych przez wiele roślin umożliwiło nam uchwycenie szybkich i dynamicznych interakcji zachodzących między roślinami wymieniającymi lotne sygnały”, mówi Erb. „Oznacza to postęp w dziedzinie badań nad związkami lotnymi u roślin, dzięki którym zyskujemy wgląd w mechanizmy związane z tym fascynującym zjawiskiem”. Badaczom udało się wyodrębnić geny o nieznanych funkcjach, które prawdopodobnie biorą udział w interpretacji sygnałów przekazywanych za pośrednictwem związków lotnych i będą wymagały dalszych badań. „Planujemy dalej badać szybką wymianę informacji za pomocą związków lotnych między roślinami i kontynuować zgłębianie mechanizmów odbierania tych związków i identyfikację potencjalnych receptorów”, podsumowuje Erb.
Słowa kluczowe
PERVOL, rośliny, substancje lotne, sygnalizacja roślin, nauki o roślinach, technologia robotyczna, spektrometr
