Substancjami emitowanymi przez rośliny są tzw. lotne związki organiczne (LZO) wyzwalane w przypadku uszkodzeń mechanicznych lub ataków owadów. Nieuszkodzone sąsiednie rośliny wyczuwają uwolnione LZO jako sygnały ostrzegawcze i aktywują własne mechanizmy obronne. Taką formę komunikacji po raz pierwszy opisano w 1983 r. i od tego czasu zaobserwowano u ponad 30 różnych gatunków roślin, choć mechanizmy molekularne leżące u jej podstaw pozostawały niejasne.
Czytaj też: Tak rośliny wabią owady. Wreszcie mamy dowody
Zespół kierowany przez prof. Masatsugę Toyotę z Saitama University zwizualizował w czasie rzeczywistym komunikację między roślinami i ujawnił, w jaki sposób LZO są wchłaniane, inicjując zależne od jonów wapniowych (Ca2+) reakcje obronne przed przyszłymi zagrożeniami. Szczegóły opisano w czasopiśmie Nature Communications.
Prof. Masatsugu Toyota mówi:
Skonstruowaliśmy sprzęt do pompowania LZO emitowanych przez rośliny i połączyliśmy go z systemem obrazowania fluorescencyjnego w czasie rzeczywistym. Umożliwiło to wizualizację wybuchów fluorescencji rozprzestrzeniających się w okazach rzodkiewnika pospolitego po ekspozycji na LZO emitowane przez roślinę uszkodzoną przez owady. Rośliny tworzą fluorescencyjne czujniki białkowe dla wewnątrzkomórkowego Ca2+ i dlatego zmiany wewnątrzkomórkowego stężenia Ca2+ można monitorować poprzez obserwację zmian we fluorescencji.
Rośliny komunikują się przez LZO i jony wapniowe
Okazało się, że zarówno LZO uwalniane z liści, na których żerowały gąsienice, jak i LZO wyzwalane przez rozerwane (uszkodzone mechanicznie) liście, wywołały zmiany Ca2+ w pobliskich nieuszkodzonych roślinach. Uczeni sprawdzili różne rodzaje LZO i odkryli, że dwa z nich – (Z)-3-heksenal (Z-3-HAL) i (E)-2-heksenal (E-2-HAL) – powodują zmiany w stężeniu Ca2+.
Czytaj też: Ta świecąca roślina była uważana za wymarłą. Po 30 latach znowu ją znaleziono w nieoczekiwanym miejscu
Z-3-HAL i E-2-HAL to unoszące się w powietrzu substancje chemiczne o trawiastym zapachu, znane jako substancje pochodzenia roślinnego indukowanej stresem (GLV), emitowane przez rośliny uszkodzone mechanicznie lub przez roślinożerców.
Wystawienie rzodkiewnika pospolitego (Arabidopsis thaliana) na Z-3-HAL i E-2-HAL spowodowało zwiększenie ekspresji genów obronnych. Aby zrozumieć związek między sygnałami Ca2+ a reakcjami obronnymi, roślinę poddano działaniu inhibitora kanału Ca2+, LaCl3 i środka chelatującego Ca2+, EGTA. Tłumiły one zarówno sygnały Ca2+, jak i indukcję genów związanych z obroną, dostarczając dowodów na to, że rzodkiewnik postrzega GLV i aktywuje reakcje obronne w sposób zależny od Ca2+.
Prof. Masatsugu Toyota dodaje:
Rośliny nie mają “nosa”, ale aparaty szparkowe służą im jako brama pośrednicząca w szybkim przedostawaniu się GLV do szczelin w tkankach liści.
Wstępne działanie kwasem abscysynowym (ABA), jednym z fitohormonów znanych ze swojej zdolności do zamykania aparatów szparkowych, zmniejsza reakcję Ca2+ w liściach. Z drugiej strony mutanty z upośledzonym zamykaniem aparatów szparkowych indukowanym przez ABA utrzymywały normalne sygnały Ca2+ w liściach nawet po podaniu ABA.
Te badania nie tylko pogłębiają nasze zrozumienie zdumiewającego świata roślin, ale także podkreślają niezwykłe sposoby, w jakie natura wyposażyła je, aby mogły się rozwijać i przystosowywać na przeciwności losu.