Растения планируют свой увеличение, «подслушивая» запахи соседей

Новое исследование показывает, что растения способны определять темпы роста соседей с помощью ароматических сигналов, называемых летучими органическими соединениями (ЛОС), и впоследствии корректировать количество энергии, вкладываемое в собственный рост или защитные механизмы — всё это посредством адаптивной экспрессии генов.

ЛОС — это углеродсодержащие химические вещества, которые легко испаряются и вырабатываются растениями для коммуникации с травоядными животными, опылителями и даже другими растениями. Они также ответственны за широкое разнообразие ароматов, которые генерируют растения, и часто используются в производстве парфюмерии, косметики, продуктов питания и чистящих средств.

До сих пор большинство исследований, посвящённых ЛОС, вырабатываемым растениями, сосредоточивалось на повреждённых растениях, выделяющих химические сигналы, подобные сигналам тревоги, которые предупреждают соседей об активизации их защитных механизмов против травоядных. Новое исследование, опубликованное в Journal of Experimental Botany, описывает ранее не признанную роль ЛОС здоровых растений в конкурентных условиях роста.

«Здоровые, неповреждённые растения постоянно выделяют в воздух свой собственный химический „отпечаток“, и их соседи активно воспринимают эти сигналы, чтобы скорректировать не только свои защитные механизмы, но и всю стратегию роста», — сообщает автор исследования д-р Велемир Нинкович из Шведского университета сельскохозяйственных наук.

Чтобы лучше понять роль этих ЛОС, исходящих от здоровых растений, д-р Нинкович и его команда провели два лабораторных эксперимента с использованием трёх различных сортов ячменя (Hordeum vulgare), которые растут с разной скоростью (медленный «Fairytale», средний «Luhkas» и оперативный «Salome») и демонстрируют разные профили ЛОС.

Ячмень является одной из важнейших зерновых культур в мире, следовательно понимание того, как он растёт, защищается и взаимодействует с соседними растениями, имеет непосредственное практическое значение для сельского хозяйства.

Медленнорастущий сорт «Fairytale» и быстрорастущий сорт «Salome» подвергались воздействию ЛОС от всех трёх сортов, и влияние на их увеличение и стратегии защиты измерялось путём анализа физических свойств растений и изменений в экспрессии генов через 25 дней.

Исследователи обнаружили, что воздействие различных профилей ЛОС вызывало изменения в общей биомассе растений, тогда как ЛОС от растений с аналогичными темпами роста оказывали незначительное влияние.

«Растения-рецепторы ЛОС адаптировали свой увеличение к конкурентному давлению, о котором сигнализировал запах соседнего растения: они росли быстрее в присутствии быстрорастущего соседа и медленнее — в присутствии медленнорастущего», — сообщает д-р Нинкович. «Этот эффект наблюдался во всех частях растения — листьях, стеблях и корнях — а не просто в перераспределении ресурсов между его частями».

Генетический анализ показал, что эти изменения в биомассе были связаны с изменениями в сигнальных путях, связанных с ростом и защитой. Сдвиги в сторону профиля ЛОС медленнорастущего сорта «Fairytale» были связаны с повышенной экспрессией генов, отвечающих за реакцию на стресс, которые помогают защищаться от травоядных животных, и с пониженной экспрессией генов, отвечающих за клеточный транспорт и репликацию ДНК, тогда как для сдвигов в сторону профиля ЛОС быстрорастущего сорта «Salome» наблюдалась противоположная картина.