Проведена проверка теории оптимальной защиты растений
Все растения содержат химические соединения, которые служат для защиты от травоядных и патогенных микроорганизмов. Однако внутри отдельных растений существуют значительные различия в количестве химических защитных средств между различными органами, тканями и стадиями развития. Например, защитные соединения обычно присутствуют в больших концентрациях в молодых листьях (по сравнению со старыми) и в репродуктивных органах (по сравнению с вегетативными). Эти закономерности были рационализированы различными теориями, главной из которых является теория оптимальной защиты. Но эту теорию было очень трудно проверить до недавнего времени.
В течение многих лет ученые разрабатывали теорию, которая предполагает, что средства защиты несут определенные затраты, поскольку они перенаправляют ресурсы с роста и других процессов растений. Следовательно, защитные силы распределяются в тканях и органах растений таким образом, чтобы максимизировать приспособленность растений. Теория оптимальной защиты была в основном проверена с использованием климатических камер и камер роста путем корреляции распределения защитных средств у различных видов растений с измерениями вклада каждой ткани или органа в эволюционную пригодность и вероятности того, что ткань подвергнется нападению травоядных.
В первую очередь, ученые обратили внимание на распределение белков глюкозинолатов в модельном растении Резуховидка Таля в ответ на «нападение» травоядной гусеницы. При повреждении растения обычно глюкозинолаты активируются расщеплением глюкозы, что приводит к образованию токсичных продуктов гидролиза.
Оказалось, что при активном действии гусениц распределение глюкозинолатов у резуховидки Таля было экстренно изменено путем выбивания генов, кодирующих три переносчика. Эти переносчики мобилизовали глюкозинолаты из старых листьев в более молодые, что привело к более высоким концентрациям в молодых листьях. Это подтверждает теорию оптимальной защиты, которая, как правило, применяется к защите растений от травоядных, а не патогенов. Но распределение как конститутивной, так и индуцируемой защиты от патогенов также может регулироваться одними и теми же основными принципами, что приводит к различным уровням защиты в разных органах.
Защитные механизмы против патогенов мобильны у растений, причем первоначальная инфекция в одном органе иногда вызывает системную резистентность всего растения. Фактические антипатогенные агенты также могут быть мобильными, как и было показано в настоящем исследовании для глюкозинолатов.
Данное исследование является выдающимся примером того, как открытия в области биохимии растений могут предоставить инструменты для проверки классической гипотезы в области экологии растений. Глюкозинолаты могут быть использованы в ряде биохимических, физиологических и экологических исследований. В области защиты растений транспортеры дают растениям возможность быстро мобилизовывать химические средства защиты там, где они необходимы, и извлекать их из органа, когда они больше не нужны.
Таким образом, эти белки могут стать ключевыми инновациями, позволяющими растениям сохраняться под воздействием травоядных и патогенов, не нарушая их метаболический бюджет.
