_ Decodificarea lumii plantelor rețele complexe de comunicații biochimice

O echipă de cercetare condusă de Universitatea Purdue a început să traducă limbajul molecular complex al petuniilor. Gramatica și vocabularul lor sunt bine ascunse, totuși, în nenumăratele proteine ​​și alți compuși care umplu celulele florale.

Fiind înrădăcinate în pământ, plantele nu pot fugi de insecte, agenți patogeni sau alte amenințări la adresa lor. supravieţuire. Dar oamenii de știință din plante știu de mult că își trimit avertismente unul altuia prin substanțe chimice parfumate numite compuși organici volatili.

„Ei folosesc substanțe volatile pentru că nu pot vorbi”, a spus Natalia Dudareva, profesor distins de biochimie și Horticultură și arhitectură peisagistică la Purdue. "Plantele informează plantele învecinate despre atacurile patogenilor. Arată aproape ca imunizare. În condiții normale, nu vezi nicio modificare în planta receptoră. Dar de îndată ce o plantă receptoră este infectată, ea răspunde mult mai repede. Este pregătită pentru răspuns. .”

Oamenii de știință din plante știau de mult despre acest amorsare asemănătoare imunizării, dar până acum câțiva ani nu aveau cum să studieze procesul. Aveau nevoie de un marker care să arate că plantele au detectat compușii volatili.

Dudareva și 13 coautori descriu noi detalii ale procesului de detectare în Science. Echipa include cercetători de la Purdue, Université Jean Monnet Saint-Etienne din Franța și Universitatea din California-Davis.

Oamenii de știință știu puține despre receptorii de plante pentru substanțe volatile. Mamiferele și insectele le au și ele, dar modul în care percep substanțele volatile este prea diferit pentru a ajuta cercetătorii să studieze procesul în plante, a spus Dudareva.

O echipă de cercetare condusă de oamenii de știință de la Universitatea Purdue a documentat noi detalii despre modul în care petuniile folosesc compuși organici volatili pentru a comunica.

În 2019, în revista Nature Chemical Biology, Dudareva și asociații ei și-au publicat descoperirea unui nou proces fiziologic într-un raport intitulat „Fumigarea naturală ca mecanism de transport volatil între organele florale”. Studiul a descris modul în care tuburile florale ale unei plante produc compuși volatili pentru a-și steriliza stigmatizarea, partea pistilului care colectează polenul, pentru a proteja împotriva atacului agenților patogeni.

„Există o mulțime de zaharuri pe stigmat, în special la petunii. Înseamnă că bacteriile vor crește foarte frumos fără aceste substanțe volatile prezente", a spus Dudareva. „Dar dacă stigmatizarea nu primește substanțe volatile produse de tub, este și mai mică. Aceasta a fost comunicarea între organe. Acum aveam un marker bun – dimensiunea stigmei – pentru a studia acest proces de comunicare.”

Măsurătorile făcute din fotografii. au arătat diferențe statistice în mărimea stigmei în urma expunerii la substanțe volatile, a spus autorul principal al studiului Science, Shannon Stirling, Ph.D. student la horticultură și arhitectură peisagistică la Purdue. „Puteți vedea că aceasta este o tendință consistentă”, a spus ea. „Odată ce te-ai uitat la suficiente stigmate, poți vedea cu ochiul că există o ușoară diferență de dimensiune.”

Combinată cu manipularea genetică a potențialelor proteine ​​implicate, munca a dezvăluit în mod surprinzător că un karrikin Calea de semnalizare asemănătoare a jucat un rol cheie în semnalizarea celulară a petuniei.

„Karrikins nu sunt produse de plante”, a spus Stirling. „Sunt produse atunci când plantele ard, iar plantele noastre nu au fost niciodată expuse la fum sau la foc.”

Echipa a documentat, de asemenea, importanța căii asemănătoare karrikinei în detectarea sesquiterpenelor volatile. Multe plante folosesc sesquiterpenele pentru a comunica cu alte plante, printre alte funcții.

În mod surprinzător, receptorul karrikin identificat a arătat capacitatea de a percepe selectiv semnalizarea de la un tip de compus sesquiterpenic, dar nu imaginea în oglindă, o trăsătură numită „stereospecificitate”. Receptorul pare să fie foarte selectiv pentru compus, a spus coautorul studiului Matthew Bergman, cercetător postdoctoral în biochimie la Purdue.

„Planta produce mulți compuși volatili diferiți și este expusă la mulți alții, ", a spus Bergman. „Este destul de remarcabil cât de selectiv și specific este acest receptor exclusiv pentru acest semnal care este trimis din tuburi. O astfel de specificitate asigură că niciun alt semnal volatil nu trece. Nu există semnale false.”

Pentru Stirling, Studiul a necesitat stăpânirea unei metode minuțioase pentru modificarea temporară a nivelurilor de proteine ​​ale pistilului de petunia pentru a identifica interacțiunile proteinei semnal-receptor. "Pistilele și stigmele sunt mici. Sunt puțin dificil de lucrat cu ele din cauza dimensiunii lor", a spus ea. „Chiar și cantitatea mare de stigmate de care aveți nevoie pentru a obține suficientă probă pentru orice este destul de mare, deoarece acestea nu cântăresc mult.”

Această metodă a implicat injectarea unei anumite specii de bacterii în stigmat pentru a introduce gene vizate. , apoi izolând proteinele rezultate.

„Nu este ușor să manipulezi un organ atât de mic”, a remarcat Bergman. „Dar Shannon a reușit să înțepe ușor stigma cu o seringă și să-l infiltreze cu această bacterie atât de delicat. Ea este destul de expertă în asta.”

Petunias sunt adesea viu colorate și miros frumos, dar oamenii de știință de la Purdue de asemenea, îi prețuiesc pentru că servesc ca un sistem model fertil pentru cercetarea lor.

„Până acum s-au dovedit destul de fructuoase”, a spus Bergman.

(Fluierul)