Опровергли теорию странных маленьких воздушных шариков
Лебеда и многие другие чрезвычайно устойчивые растения покрыты странными шарообразными «пузырями», которые на протяжении 127 лет считались ответственными за защиту их от засухи и соли. Результаты исследований Копенгагенского университета показывают, что это не так. Эти так называемые клетки мочевого пузыря выполняют совершенно другую, хотя и важную функцию. Это открытие делает вероятным, что теперь можно будет выводить еще более устойчивые растения киноа, что может привести к гораздо более широкому выращиванию этой устойчивой культуры во всем мире. Результаты опубликованы в журнале Current Biology. Если посмотреть в микроскоп, он напоминает воздушный шар с водой. Или произведение искусства из стекла. Но это всего лишь так называемая клетка мочевого пузыря. Если бы вам было интересно, для чего это нужно, вы бы не были первым. На протяжении 127 лет даже самые блестящие умы в области биологии растений считали, что наполненные жидкостью пузыри, покрывающие листья, соцветия и стебли ряда выносливых растений, — это нечто совершенно иное, чем то, чем они кажутся сейчас.
Открытие было сделано благодаря новому исследованию Копенгагенского университета, которое полностью противоречило ожиданиям исследователей. Новое открытие, вероятно, можно использовать для расширения выращивания особенно питательной и климатоустойчивой культуры. «Киноа рекламировалась как перспективная культура, потому что она богата белками и очень устойчива к засухе и соли, а, следовательно, к изменению климата. Ученые считали, что секрет толерантности киноа кроется во многих эпидермальных клетках мочевого пузыря на поверхности кожи". До сих пор предполагалось, что они служат своего рода соляной свалкой и хранилищем воды. Но это не так, и у нас есть убедительные доказательства этого", - говорит профессор Майкл Палмгрен из кафедры наук о растениях и окружающей среде. Три года назад исследовательская группа под руководством к.т.н. Студент Макс Муг и его научный руководитель Майкл Палмгрен начали изучать эпидермальные клетки мочевого пузыря растений киноа способами, которые раньше никогда не использовались. Была надежда понять механизмы растения, которые делают его устойчивым к соли и засухе.
С этой целью исследователи культивировали мутантные растения без клеток мочевого пузыря, чтобы сравнить их реакцию на соль и засуху с реакцией диких растений киноа, покрытых клетками мочевого пузыря. К своему удивлению, исследователи обнаружили, что клетки мочевого пузыря не оказывают положительного влияния на способность растения переносить соль и засуху. Напротив, они, похоже, ослабляют толерантность. Вместо этого клетки мочевого пузыря служат барьером против вредителей и болезней. «Независимо от того, поливали ли мы мутантные растения без клеток мочевого пузыря соленой водой или подвергали их засухе, они работали блестяще и вопреки ожиданиям. Значит, что-то было не так. С другой стороны, мы могли видеть, что они были сильно заражены мелкими насекомыми — в отличие от "Растения покрыты клетками мочевого пузыря. Именно тогда я понял, что клетки мочевого пузыря должны иметь совершенно другую функцию", - говорит Макс Муг, ныне постдок на факультете наук о растениях и окружающей среде и первый автор исследования.
Когда исследователи проанализировали, что скрыто внутри клеток мочевого пузыря, они не обнаружили соли, как ожидалось, несмотря на то, что в растение добавили дополнительную соль. Вместо этого они нашли соединения, отпугивающие злоумышленников. «Мы обнаружили, что клетки мочевого пузыря действуют как физический и химический барьер против голодных вредителей. Когда крошечные насекомые и клещи бродят по растению, покрытому клетками мочевого пузыря, они просто не могут добраться до сочных зеленых побегов, которые их больше всего интересуют. в. И как только они пытаются прогрызть клетки мочевого пузыря, они обнаруживают, что содержимое для них токсично», — говорит Майкл Палмгрен. Помимо прочего, клетки эпидермального пузыря киноа содержат щавелевую кислоту — соединение, также обнаруженное в ревене, которое действует как смертельный яд на вредителей.
Эксперименты также показали, что клетки мочевого пузыря даже защищают киноа от одного из наиболее распространенных бактериальных заболеваний растений — Pseudomonas syringae. Вероятно, это происходит потому, что клетки мочевого пузыря частично покрывают устьица на листьях растения, которые являются местом входа для многих бактериальных захватчиков. «Наша гипотеза состоит в том, что эти клетки мочевого пузыря также защищают от других болезней растений, таких как ложная мучнистая роса, грибковое заболевание, которое серьезно ограничивает урожайность киноа», — говорит Макс Муг. Существуют тысячи сортов южноамериканской культуры, а плотность клеток мочевого пузыря на поверхности растения варьируется от сорта к сорту. Но есть основания полагать, что плотность определяет, насколько эффективны клетки мочевого пузыря. «Сорта киноа с более высокой плотностью клеток мочевого пузыря, скорее всего, более устойчивы к вредителям и болезням. С другой стороны, они могут быть немного менее устойчивы к соли и засухе. И наоборот. Эти вариации не меняют того факта, что киноа как правило, очень устойчив к соли и засухе. Но объяснение должно быть найдено где-то еще, а не в клетках мочевого пузыря», — говорит Макс Муг.
«Благодаря усилиям по расширению выращивания киноа по всему миру новые знания могут быть использованы для адаптации культуры к различным региональным условиям. Например, в южной Европе очень засушливые условия, а вредители представляют собой большую проблему, чем засуха в Северной Европе. Здесь в Северной Европе имело бы смысл сосредоточиться на сортах киноа, густо покрытых клетками мочевого пузыря». По словам Майкла Палмгрена, новые результаты дают конкретный рецепт того, как относительно легко вывести «супер-киноа». «До сих пор эти клетки мочевого пузыря игнорировались при селекции киноа. Если вам нужна культура, которая более устойчива к вредителям и болезням, но при этом устойчива к соли и засухе, можно выбрать сорта, густо покрытые Таким образом, теперь у нас может быть инструмент, который позволит нам просто скрещивать и получать более толерантную «супер-киноа»», — говорит Майкл Палмгрен. Результаты исследования добавляют новое измерение к нашим знаниям о киноа. До сих пор очень мало было известно о том, как растение защищается от атак враждебных организмов. «Теперь мы знаем, что киноа устойчива не только к небиологическим стрессовым факторам, таким как засуха и соль, но и к биологическим воздействиям, таким как вредители и патогенные бактерии. "клетки мочевого пузыря. Это исследование является примером того, как то, что установлено, не всегда оказывается правдой", - заключает профессор.
