Жасмоновая кислота - это не просто ароматический запах растения Jasminum grandiflorum, используемого в косметической и парфюмерной промышленности. Растения, пораженные, например, жующие травоядные вырабатывают жасмоновую кислоту в качестве защитного сигнала, в качестве фитогормона для усиления своих защитных реакций, включая, например, образование токсических веществ. Они даже используют летучие производные жасмоновой кислоты, чтобы вовремя предупредить своих соседей о необходимости бороться с растущей угрозой.
Сегодня международная исследовательская группа во главе с биологом растений Дирком Беккером из Вюрцбургского университета Юлиуса-Максимилиана (JMU) в Баварии, Германия, сообщает о своих новых выводах о воздействии жасмоновой кислоты в научном журнале Developmental Cell. Они обнаружили, что жасмоновая кислота также участвует в быстром закрытии устьиц.
Ранение вызывает закрытие устьиц с помощью жасмоновой кислоты
Устьица - регулируемые поры, образованные двумя замыкающими клетками в эпидермисе листьев растений. Они контролируют поглощение углекислого газа, необходимого для фотосинтеза, и в то же время водный баланс растений. Фитогормон абсцизовая кислота (АБК) представляет собой ключевой сигнал для закрытия устьиц. Растения производят АБК во время засухи для экономии воды.
Во время своих экспериментов по регулированию объема замыкающих клеток с помощью биотического стресса команда кафедры физиологии растений и биофизики JMU заметила, что механическое повреждение листьев модельного растения Arabidopsis thaliana также быстро вызывает закрытие устьиц. Удивительно, но этот эффект не ограничивался поврежденным листом, но также наблюдался и на соседних листьях.
«Об этом наблюдении ранее не сообщалось, и мы предположили, что сигнальный путь жасмоната мог быть включен в замыкающих клетках», - объясняет Дирк Беккер. Но как контролировать передачу сигналов жасмоновой кислоты в замыкающих клетках? Здесь команде Вюрцбурга помог биолог растений Антуан Ларье (Ecole Normale Supérieure Lyon), который разработал генетически закодированный флуоресцентный датчик для мониторинга передачи сигналов жасмоната в живых клетках. Он смог показать, что ранение действительно активирует сигнальный каскад жасмоновой кислоты в замыкающих клетках.
От жасмоновой кислоты к калиевому каналу
Закрытие устьиц требует оттока анионов и калия, опосредованного ионными каналами замыкающих клеток. Чтобы понять молекулярный механизм, лежащий в основе закрытия устьиц, контролируемого жасмоновой кислотой, команда Беккера отправилась на поиски мутантов, которые не реагировали бы на обработку жасмонатом..
При скрининге своей мутантной коллекции ионных каналов замыкающих клеток они обнаружили K+ канал (GORK) как важную мишень закрытия устьиц, вызванного жасмонатом. В сотрудничестве с лабораториями Йорга Кудла (Университет Мюнстера) и Эрвина Грилля (Технический университет Мюнхена) им удалось идентифицировать кальций-зависимую протеинкиназу - специфичный для растений комплекс CBL/CIPK - для взаимодействия и регулирования активности калиевого канала GORK.«Ранение индуцирует сигналы кальция в замыкающих клетках, и в электрофизиологических исследованиях мы смогли продемонстрировать, что комплекс CBL1/CIPK5, связывающий кальций, активирует ионный канал», - утверждает Дирк Беккер.
Два растительных гормона в молекулярном взаимодействии
Исследовательская группа далее идентифицировала протеинфосфатазу ABI2 для противодействия опосредованной киназой активации канала, таким образом представляя собой негативный регулятор передачи сигналов жасмоната в замыкающих клетках. Далее Беккер объясняет: «Интересно, что ABI2 является корецептором растительного гормона засухи ABA. Это указывает на молекулярные перекрестные помехи между двумя фитогормонами жасмоновой кислотой и абсцизовой кислотой». Действительно, вместе с коллегами из лаборатории Педро Родригеса (Политехнический университет Валенсии) команда смогла показать, что мутанты арабидопсиса, лишенные рецепторов ABA замыкающих клеток, также нечувствительны к жасмоновой кислоте..
Своей историей международная группа биологов растений во главе с ученым JMU Дирком Беккером сделала важный шаг в понимании молекулярной структуры, которая позволяет растениям реагировать на травмирующий стресс в замыкающих клетках. Тургор листьев и интенсивность фотосинтеза коррелируют с проводимостью устьиц.
Таким образом, закрытие устьиц, вызванное ранением, может послужить аварийным сигналом для растений. «В настоящее время мы не знаем, как жасмоновая кислота воздействует на сигнальный путь абсцизовой кислоты», - говорит Беккер. Вюрцбургская команда теперь будет исследовать, запускает ли жасмоновая кислота биосинтез абсцизовой кислоты или она действует на уровне восприятия и чувствительности к абсцизовой кислоте.
Загадочное наблюдение о Коронатине
Патогенные для растений бактерии Pseudomonas способны продуцировать молекулярную имитацию жасмоновой кислоты, известной как коронатин. Физиологи растений обычно используют коронатин вместо жасмоновой кислоты в своих экспериментах.
«Однако в долгосрочной перспективе, - объясняет Беккер, - коронатин действует прямо противоположно жасмоновой кислоте в замыкающих клетках: он открывает устьица, открывая входные пути для патогенных бактерий». Это загадочное наблюдение должно быть решено в будущих исследованиях путем сравнения дифференциально экспрессируемых генов в замыкающих клетках после лечения жасмоновой кислотой или коронатином.