Растениям не нужны носы, чтобы чувствовать запах. Способность заложена в их генах. Исследователи из Токийского университета открыли первые шаги того, как информация от молекул запаха изменяет экспрессию генов в растениях. Манипулирование системами обнаружения запахов растений может привести к новым способам воздействия на поведение растений.
Это первое открытие, раскрывающее молекулярную основу обнаружения запаха в растениях, и на его создание ушло более 18 лет.
«Мы начали этот проект в 2000 году. Частично трудность заключалась в разработке новых инструментов для исследования запахов растений», - сказал профессор Казусигэ Тоухара из Токийского университета.
Растения обнаруживают класс молекул запаха, известных как летучие органические соединения, которые необходимы для многих стратегий выживания растений, включая привлечение птиц и пчел, отпугивание вредителей и реакцию на болезни близлежащих растений. Эти соединения также придают эфирным маслам характерный запах.
Команда Тохары подвергла клетки табака и 4-недельные растения табака воздействию различных летучих органических соединений. Они обнаружили, что молекулы запаха изменяют экспрессию генов, связываясь с другими молекулами, называемыми корепрессорами транскрипции, которые могут включать или выключать гены.
У растений молекулы запаха должны перемещаться в клетку и накапливаться, прежде чем они повлияют на поведение растения. У животных молекулы запаха распознаются рецепторами снаружи клеток в носу и немедленно запускают сигнальный путь для распознавания запаха и изменения поведения.
«Растения не могут убежать, поэтому, конечно, они реагируют на запахи медленнее, чем животные. Если растения могут подготовиться к изменению окружающей среды в течение одного дня, для них этого, вероятно, достаточно быстро», - сказал Тоухара.
Для растений скорость не нужна, но они могут распознавать гораздо большее разнообразие молекул запаха.
У людей около 400 обонятельных рецепторов. У слонов около 2000, самое большое число среди животных. Но, судя по тому, сколько генов факторов транскрипции находится в растениях, растения могут обнаруживать гораздо больше запахов, чем животные, - сказал Тохара.
Тоухара представляет себе применение этих открытий, чтобы повлиять на качество или характер урожая без осложнений, связанных с редактированием генов или использованием пестицидов. Фермеры могли опрыскивать свои поля запахом, связанным с желаемым поведением растений. Например, запах, который заставляет растения менять вкус листьев, чтобы отпугнуть насекомых.
Все существа общаются с помощью запахов. До сих пор наша лаборатория изучала внутривидовую коммуникацию: насекомое с насекомым, мышь с мышью, человек с человеком. Это понимание того, как растения общаются с помощью запаха, откроет возможности для изучения «обонятельной» коммуникации между всеми существами», - сказал Тоухара.
Исследовательская группа Токийского университета сделала свои открытия, используя растения табака, обычный модельный организм. Они ожидают, что исследовательские группы по всему миру вскоре подтвердят открытие на многих других типах растений.