Hvordan planter aktiverer deres immunsystem mod patogener i regn

Mens regn er afgørende for planters overlevelse, indeholder det også bakterier og andre patogener, som kan forårsage skade på dem. Så hvordan beskytter planter sig selv mod denne trussel?

En nylig undersøgelse foretaget af forskere og kolleger fra Nagoya University afslørede, at når planter udsættes for regn, genkender hårlignende strukturer på bladoverfladen kaldet trichomes denne regn som en risikofaktor for at forårsage sygdom og aktiverer deres immunsystem for at forhindre infektioner. Disse resultater, offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications , kunne bidrage til udviklingen af ​​metoder til at beskytte planter mod smitsomme sygdomme forårsaget af regn.

Planter har deres eget immunsystem, ligesom mennesker og andre flercellede organismer. Når planter opdager patogener, udtrykker de immunrelaterede gener for at forhindre dem i at blive inficeret. Regndråber indeholder patogener, såsom bakterier, trådsvampe og vira, og kan derfor forårsage sygdom hos planter. Med dette i tankerne antog forskerne, at planter kunne genkende regn som en risikofaktor for sygdom og reagere for at beskytte sig selv mod denne risiko på en eller anden måde.

For at finde ud af, hvordan planter reagerer på regn, udførte et forskerhold ledet af professor Yasuomi Tada og adjunkt Mika Nomoto fra Nagoya University en undersøgelse med Arabidopsis thaliana-kimplanter. Holdet begyndte med at udføre RNA-sekventeringsanalyser for at undersøge, hvilke gener der kommer til udtryk i bladene, når de udsættes for regn. De fandt ud af, at flere vigtige immunrelaterede gener udtrykkes som reaktion på regn, og at disse gener er reguleret af immunsuppressive gener kaldet CAMTA'er (calmodulin-bindende transkriptionsaktivatorer).

Da CAMTA'er styres af calciumioner (Ca ²⁺ ), antog holdet, at regn tjener til at øge Ca ²⁺ koncentrationer i celler. Således undersøgte de, hvordan Ca ²⁺ niveauer i Arabidopsis-blade ændrer sig som reaktion på regn ved at introducere GCaMP3 -et gen, der fluorescerer grønt, når det er bundet til Ca ²⁺ - ind i bladene. De fandt ud af, at når bladene blev udsat for regn, Ca ²⁺ niveauer omkring trichomer på bladoverflader steg.

Resultatet antydede, at trichomer registrerer regn som en risikofaktor og inducerer calciumbølger (transmission af lokaliserede stigninger i Ca ²⁺ til de omkringliggende områder) på tværs af bladet for at inaktivere immunsuppressoren CAMTA og derved aktivere immunrelaterede gener. For at bekræfte dette udførte de derefter eksperimenter på samme måde med mutanter af Arabidopsis, som manglede trichomer, og resultaterne viste, at udbredelsen af ​​calciumbølger var kompromitteret i mutanterne.

"Fra disse resultater bekræftede vi, at trichomer spiller en rolle i at fornemme regn som en risikofaktor og aktivere immunreaktioner," siger professor Tada. "Vores resultater tyder på, at vi kan være i stand til kunstigt at forbedre planters defensive evner mod sygdomme til enhver tid og i et hvilket som helst tidsrum. Ved hjælp af denne teknologi kan vi gøre det muligt at aktivere afgrøders immunrespons, når miljøforholdene er hårde nok til at muligvis forårsage sygdom i planter, hvilket kan resultere i stabile afgrødeudbytter."

Artiklen "Mekanosensoriske trichome celler fremkalder en mekanisk stimuli-induceret immunrespons i Arabidopsis thaliana " blev offentliggjort online i tidsskriftet Nature Communications den 8. marts 2022.