Новое исследование показало, что растения способны улавливать скорость роста соседей по их ароматическим соединениям и, в ответ, перенастраивать свои гены и распределение энергии между ростом и защитой.
Речь идет о летучих органических соединениях (volatile organic compounds, VOC) — углеродсодержащих веществах, которые легко испаряются и формируют знакомые нам растительные ароматы. Их давно изучают как «сигналы тревоги»: поврежденное насекомыми растение выделяет смесь VOC, предупреждая окружающих активировать защиту. Однако до сих пор у ученых почти не было данных о том, какую роль играют запахи здоровых растений в конкуренции за ресурсы.
Группа специалистов Шведского университета сельскохозяйственных наук под руководством Велемира Нинковича решила проверить, как постоянный «фон» VOC от здоровых растений влияет на соседей. Для этого ученые поставили два лабораторных эксперимента с тремя сортами ячменя (Hordeum vulgare), которые различались скоростью роста и ароматическим профилем: медленнорастущим Fairytale, средним Luhkas и быстрорастущим Salome. Ячмень — одна из важнейших зерновых культур, поэтому понимание процессов его «химической разведки» имеет и прямое практическое значение.
Сеянцы медленнорастущего Fairytale и быстрорастущего Salome на 25 дней помещали в камеры, куда поступали только летучие соединения (но не пыльца или споры) от растений всех трех сортов. Затем измеряли биомассу листьев, стеблей и корней и анализировали активность генов, связанных с ростом и защитой.
Оказалось, что VOC от сортов с похожей скоростью роста почти не влияли на соседей. А вот запахи «чужаков» заметно меняли картину. Растения‑«получатели» подстраивали свой рост под «конкурентное давление», зашифрованное в запахе соседа: при воздействии аромата быстрорастущего Salome они ускоряли рост и набирали больше биомассы, а при воздействии VOC «медленного» Fairytale — замедлялись и вкладывались меньше в общий рост. Причем это касалось всех органов сразу — растения не просто перераспределяли ресурсы между корнями и побегами, а меняли скорость роста в целом.
Активность генов отражала те же изменения. Под влиянием профиля «медленного» Fairytale активнее включались гены стресс‑ответа и защиты от травоядных, а гены транспорта веществ и репликации ДНК (то есть активного деления клеток) подавлялись. Для профиля «быстрого» сорта Salome наблюдалась обратная картина: акцент шел на рост в ущерб защите.
Ученые также выявили ряд ключевых летучих веществ, сильнее других связанных с этими эффектами: бензилнитрил, линалоол и октанал. Авторы работы предполагают, что подобная «фоновая» химическая коммуникация может быть широко распространена в растительном мире, хотя набор VOC и сила реакции, вероятно, сильно варьируют между видами. С точки зрения эволюции это логично: миллионы лет совместного существования в плотных растительных сообществах создают мощный стимул научиться считывать и использовать запахи соседей.
На практике такие знания могут помочь в разработке новых агротехнологий: от подбора сортов‑«компаньонов», стимулирующих рост друг друга, до применения синтетических VOC для мягкого ускорения роста или усиления естественной защиты культур без пестицидов. В более широком смысле работа еще раз показывает, что растения — не пассивный фон природы, а активно «думающие» химическими сигналами участники экосистем.
Ранее ученые выяснили, могут ли растения слышать.
Источник: hi-tech.mail.ru