В отличие от животных, растения не могут свободно передвигаться, спасаясь от опасных для жизни условий. Это ограничение означает, что им нужны стратегии для защиты от разнообразных стрессов, с которыми они сталкиваются в своей естественной среде. Эти экологические стрессы могут иметь физическую (абиотическую) природу, такую как засуха и высокая соленость, или биотические, такие как атаки микробных патогенов и насекомых-вредителей. Лежащие в основе защитные механизмы растений включают индуцируемые реакции на стресс, которые специфичны для соответствующего стресса. Однако ограниченность ресурсов, доступных растениям, означает, что специализированная защита также представляет проблему: индуцируемые стрессовые реакции, адаптированные к физическому стрессу, такому как засуха, более низкая устойчивость к атакам патогенов. Что же происходит, когда растение одновременно подвергается физическому и биологическому стрессу? На этот вопрос теперь ответили исследователи под руководством Кеничи Цуда и Пауля Шульце-Леферта из Института исследований селекции растений им. Макса Планка в Кельне, Германия.
Многие реакции растений на стресс опосредуются небольшими сигнальными молекулами, называемыми фитогормонами, и в своем исследовании авторы сосредоточились на двух конкретных путях стресса: один опосредован абсцизовой кислотой (АБК), которая запускает программу, защищающую растения от абиотических стресс, а другой активируется салициловой кислотой (СК), обеспечивающей защиту от патогенов. Чтобы обеспечить эффективное распределение ресурсов, активация ABA-опосредованной защиты ослабляет реакцию SA. Чтобы определить значение этого перекрестного взаимодействия для растений, одновременно подвергающихся как физическому, так и патогенному стрессу, авторы сначала более внимательно изучили перекрестное взаимодействие между двумя путями фитогормонов на модельном растении Arabidopsis thaliana. Неожиданно авторы обнаружили, что предварительное воздействие АБК на растения блокировало активность СК-зависимого ответного ответвления только в более старых листьях, что делало их более чувствительными к бактериальной инфекции, в то время как более молодые листья были защищены от этого блока СК-ответа. Используя технологию секвенирования РНК, они идентифицировали ген под названием PBS3, который, как было показано, отвечает за защиту молодых листьев от иммуносупрессии, опосредованной АБК. Они сделали аналогичные наблюдения при физических стрессах, таких как засуха и стресс от высокой солености. Таким образом, растения активно находят компромисс между реакцией на биологический и физический стресс в зависимости от возраста листа.
Важно отметить, что отсутствие PBS3 не только повлияло на молодые листья при комбинированных стрессах, но и привело к нарушению роста и уменьшению количества семенных коробочек и, таким образом, поставило под угрозу общую репродуктивную способность растений. Таким образом, механизм активного уравновешивания биологических и физических стрессовых реакций в зависимости от возраста листа повышает приспособленность растений к комбинированным стрессам.
Остается несколько важных вопросов: например, уравновешивают ли другие растения, такие как сельскохозяйственные культуры, компромиссы, связанные с реакцией на стресс, для поддержания роста и воспроизводства? Как PBS3 защищает молодые листья от иммуносупрессии, вызванной абиотическим стрессом? Учитывая, что компромиссы между реакциями на стресс оказывают серьезное ограничение на продуктивность сельскохозяйственных культур, ответ на эти вопросы будет иметь решающее значение для устойчивого сельского хозяйства.