Загадка общения растений

Исследователи из Центра изучения программируемых растительных систем сделали важный шаг к развитию двусторонней коммуникации с растениями. Поняв, работу систем коммуникации растений, ученые могут создать растения, которые будут общаться с людьми и друг с другом и запрограммированно реагировать на конкретные стрессовые факторы.

Разгадка общения растений кроется в отрицательном давлении в сосудистой системе, которое необходимо для удержания воды внутри стеблей, корней и листьев в сухую погоду. Стрессовые факторы изменяют баланс давления внутри растения, что приводит к движению растительной жидкости, которая может передавать механические и химические сигналы по всему растению, чтобы противостоять стрессовому фактору и восстановить баланс.

Более века ученые задавались вопросом, как растения могут передавать сигналы от одной части растения к другой, чтобы отреагировать на стресс. Ученые предполагали, что растения используют гормоны, химические вещества для связи или механические сигналы.

Исследователи разработали прогностическую модель и единую структуру, которая объясняет, как механические и химические сигналы передаются по всему растению, когда стрессовые факторы вызывают изменение давления. Сосудистая сеть растений состоит из находящихся под давлением системы трубок, которые оказывают давление на эластичные ткани. Когда растение повреждается, например, когда гусеница вгрызается в лист, происходит изменение давления, что может вызвать сопряженные реакции ниже по течению.

Изменение давления может вызвать массовый поток жидкости, который переносит химические вещества, выделяемые клетками в месте ранения, в остальные части растения. Согласно одной из гипотез, такие химические вещества могут вызывать выработку токсичной кислоты, отпугивающей насекомых. Изменения давления могут также вызывать открытие механочувствительных каналов, расположенных вокруг сосудистой сети, и высвобождение кальция или других ионов, которые оказывают последующее воздействие. Поток кальция вызывает экспрессию генов, которые являются частью защитной реакции.

В настоящее время ученые пытаются разработать растения-репортеры, которые смогут просигнализировать, что они испытывают в данный момент, например, растения на основе пигментов, которые меняют цвет, или флуоресцентные растения, которые показывают, когда им нужна вода.

Изучение особенностей коммуникации и связанных с ней механизмов защиты позволяет разрабатывать более эффективные методы защиты растений от патогенов и вредителей. Во Всероссийском центре карантина растений (ФГБУ «ВНИИКР» Россельхознадзора) проводят научные исследования для последующей разработки современных биологических средств защиты растений.

Елена Каримова

кандидат биологических наук

Источник: Vesna Bacheva et al, A unified framework for hydromechanical signaling can explain transmission of local and long-distance signals in plants, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2422692122