Понедельник, 4 марта, 2024
ДомойБиологияУченые опровергли 127-летнюю теорию о странных маленьких «воздушных шариках»

Ученые опровергли 127-летнюю теорию о странных маленьких «воздушных шариках»

- Advertisement -

Исследователи Копенгагенского университета опровергли давнее мнение о клетках мочевого пузыря киноа. Первоначально считалось, что эти клетки повышают устойчивость к засухе и соли, но на самом деле они защищают от вредителей и болезней, предлагая новые идеи для выведения более сильных и устойчивых сортов киноа. Выше представлены эпидермальные клетки мочевого пузыря, видимые под микроскопом. Предоставлено: Копенгагенский университет.

Лебеда и подобные высокоустойчивые растения имеют на поверхности уникальные воздушные шары, известные как «пузыри». На протяжении 127 лет считалось, что эти пузыри помогают растениям противостоять засухе и засоленности. Однако недавнее исследование Копенгагенского университета опровергло эту теорию.

Эти так называемые клетки мочевого пузыря на самом деле выполняют совершенно другую, но 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.

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. В течение 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.

Видео вредителей (трипсов), атакующих растение лебеды без клеток мочевого пузыря. Предоставлено: Копенгагенский университет.

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 рекламируется как перспективная культура, потому что она богата белками и очень устойчива к засухе и соли, а, следовательно, к изменению климата. Ученые полагали, что секрет толерантности киноа кроется во множестве эпидермальных клеток мочевого пузыря на поверхности растения. До сих пор предполагалось, что они служили своеобразной соляной отвалой и хранилищем воды. Но это не так, и у нас есть убедительные доказательства этого», — говорит профессор Майкл Палмгрен с факультета наук о растениях и окружающей среде.

Оплот против вредителей

Три года назад исследовательская группа под руководством аспиранта Макса Муга и его руководителя Майкла Палмгрена начала 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.

Сочные побеги киноа покрыты небольшими пузырями (слева). Справа — растение-мутант, полностью свободное от клеток мочевого пузыря. Синие стрелки указывают на трипсов – мелких насекомых, которые являются серьезными вредителями и сильнее всего поражают мутанта. Предоставлено: Копенгагенский университет.

«Независимо от того, поливали ли мы соленой водой мутантные растения без клеток мочевого пузыря 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 растений, покрытых клетками мочевого пузыря. Именно тогда я понял, что клетки мочевого пузыря должны выполнять совершенно другую функцию», — говорит Макс Муг, ныне постдок кафедры наук о растениях и окружающей среде и первый автор исследования, которое было опубликовано в журнале. Текущая биология.

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, так 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. И как только они пытаются прогрызть клетки мочевого пузыря, они обнаруживают, что содержимое для них токсично», — говорит Майкл Палмгрен.

Пузырьки, которыми сплошь покрыта поверхность многих сортов киноа, выглядят как маленькие шарики на стебле. Предоставлено: Копенгагенский университет.

Помимо прочего, эпидермальные клетки мочевого пузыря киноа содержат щавелевую кислоту. кислотасоединение, также содержащееся в ревене, которое действует как смертельный яд для вредителей.

Эксперименты также показали, что клетки мочевого пузыря даже защищают киноа от одного из наиболее распространенных бактериальных заболеваний растений. Псевдомонас сиринге. 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.

Ключ к сверхтолерантной «супер-киноа»

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.

Видео вредителей (трипсов), пытающихся атаковать растение киноа. Предоставлено: Копенгагенский университет.

«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 терпимы к соли и засухе. И наоборот. Эти вариации не меняют того факта, что киноа, как правило, очень устойчива к соли и засухе. Но объяснение должно быть найдено где-то еще, а не в клетках мочевого пузыря», — говорит Макс Муг, продолжая:

«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 клетками мочевого пузыря. Итак, теперь у нас может быть инструмент, который позволит нам просто скрестить и получить более толерантную «супер-киноа»», — говорит Майкл Палмгрен.

Майкл Палмгрен и Макс Муг из Копенгагенского университета. Предоставлено: Копенгагенский университет.

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 стрессорам, таким как засуха и соль, но и к биологическим воздействиям, таким как вредители и патогенные бактерии. И в то же время мы раскрыли секрет этих странных на вид клеток мочевого пузыря. Это исследование — пример того, что установленное не всегда оказывается правдой», — заключает профессор.

Ссылка: «Эпидермальные клетки мочевого пузыря как защитный механизм травоядных» Макса В. Муга, Сюянь Янг, Амалии К. Бендцен, Лин Донг, Кристофа Кроколла, Томохиро Имамура, Масаси Мори, Джона К. Кушмана, Мерейн Р. Кант и Майкла Палмгрена. , 17 октября 2023 г., Текущая биология.
DOI: 10.1016/j.cub.2023.09.063

Исследование финансируется Фондом Ново Нордиск и Копенгагенским университетом, а также программой исследований и инноваций Европейского Союза Horizon 2020 в рамках Программы стипендий Марии Склодовской-Кюри.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме