Як і всі рослини, рослини томату можуть захищатися від травоїдних: коли їх ранять хижаки, вони вивільняють сигнальний пептид системін, який є центральним для їхніх захисних механізмів. Дослідники з Університету Гогенхайма в Штутгарті тепер виявили, як сигнал системіну обробляється всередині клітини. Ключову роль відіграє фермент із чудовою назвою «Полтергейстоподібна фосфатаза» (PLL2). Він активується сигналом системіну та відповідає за точність захисних реакцій. Дослідження проводилося в рамках Спільного дослідницького центру 1101 «Молекулярне кодування специфічності в процесах рослин» у співпраці з Тюбінгенським університетом.
«Рослини, можливо, не в змозі втекти від своїх ворогів, але вони не такі беззахисні, як можна було б подумати», — каже професор доктор Андреас Шаллер з кафедри фізіології та біохімії рослин Університету Гогенхайма. «Навпаки: протягом еволюції рослини виробили цілий ряд складних захисних механізмів, щоб ускладнити життя нападникам».
Фізіологи рослин особливо зацікавлені в тому, як рослини розпізнають, з якими шкідниками вони мають справу: «Важливо, щоб рослина знала, чи має вона справу, наприклад, з бактеріями, грибками чи комахами. Її реакція має бути відповідно іншою». Наприклад, у разі зараження комахами рослини виробляють речовини, які цілеспрямовано погіршують травлення їхніх хижаків, щоб вони не могли використовувати поглинуті поживні речовини.
Рослини розпізнають хижаків, а також патогенів, таких як бактерії, віруси чи грибки, на основі характерних ознак. У випадку комах часто саме специфічні молекули зі слини тварин активують цілий каскад різних захисних реакцій у рослини.
На початку цього каскаду знаходяться спеціальні сигнальні молекули, такі як системін, який відіграє ключову роль у захисній системі пасльонових ( Solanaceae ): ця молекула, що складається з 18 амінокислот, виробляється клітинами рослин лише тоді, коли гусениці живляться листям, але не тоді, коли інші причини пошкоджують рослину. Системін контролює як локальну реакцію рани, так і реакції у більш віддалених тканинах.
Дослідники з Гогенхайма вперше продемонстрували, як сигнал системину обробляється всередині клітини. Ключову роль відіграє фосфатаза PLL2, яка активується сигналом системину. «Фосфатази відіграють центральну роль у регуляції клітинної активності: видаляючи фосфатну групу, вони можуть вибірково активувати або пригнічувати активність інших білків, таких як ферменти та рецептори. Таким чином, метаболічні шляхи дуже тонко налаштовуються», – пояснює Ронг Лі, докторант у цій галузі та перший автор дослідження.
Саме це й робить PLL2. Відщеплюючи фосфатну групу, він пригнічує протонні помпи в клітинній мембрані, які регулюють pH: середовище рослинних клітин стає більш лужним. Це підвищення pH змінює електричний потенціал на клітинній мембрані. Це, у свою чергу, активує гени, які мають вирішальне значення для цілеспрямованого захисту. Дослідникам вдалося підтвердити важливість PLL2, проаналізувавши фосфопротеом — тобто всі білки, активність яких регулюється фосфатними групами, — та провівши експерименти з генетично модифікованими рослинами томата ( Solanum lycopersicum ) та австралійського тютюну (Nicotiana benthamiana): Мутанти, яким бракує PLL2, виробляли значно менше захисних сполук, що призводило до швидшого збільшення ваги гусениць тютюнового рогового черва ( Manduca sexta ).
«Відкриття того, що PLL2 відіграє таку центральну роль у сигнальному шляху систем, відкриває нові перспективи для досліджень рослин», — каже професор доктор Шаллер. «Ми сподіваємося, що точне розуміння регуляторних механізмів дозволить нам посилити природні захисні механізми рослин — в інтересах сталого сільського господарства, яке може значною мірою обійтися без використання хімічних речовин».
Оригінальна публікація
https://www.nature.com/articles/s41477-025-02040-7
також читати
Грибок рятує рослини | Pugnalom
Псевдофермент, подібний до TSB, контролює біосинтез індолу у квіткових рослинах | Pugnalom
