Устойчивые к болезням растения дают меньший урожай

Защищаться или расти? Могут ли растения делать эти вещи одновременно? Ученые из Университета Мичиган приблизились к ответу на вопрос, ответ на который поможет в будущем получать большие урожаи без излишнего использования химикатов.

В Лаборатории исследования растений Массачусетского университета превратили растение в высокоустойчивый к насекомым организм. Но сделав его своего рода крепостью, они пожертвовали его ростом и способностью к размножению. Это стало началом эксперимента, результаты которого были опубликованы в издании Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

То, что обнаружили ученые, поддерживает точку зрения, называемую “Зависимость между ростом и иммунитетом”. Смысл в том, что любой вид растений существует за счет ограниченного энергетического запаса в день, своего рода бюджета. Этот бюджет они могут потратить на рост, размножение или защиту. Если они тратят больше энергии на рост, то иммунитет страдает. С другой стороны, лучший иммунитет отражается в замедленном росте.

Все похоже на то, что растения, в целом, следуют этому правилу. Когда что-то вроде засухи, болезней или насекомых вызывает у них стресс, они активизируют механизмы защиты, что обычно отражается в замедленном росте. Это постоянно замечают фермеры в своей работе. Когда растения растут быстро, например в борьбе за солнечный свет, их иммунитет падает.

Исследование ученых Массачусетского университета предоставляет доказательство того, что большие затраты энергии на защиту уменьшают возможность для роста и репродукции растений. Их исследование фокусируется на защитных механизмах против травоядных животных. Если гусеница начинает есть лист растения, оно начинает выделять токсины, чтобы отпугнуть ее.

В отсутствии опасности, растение выключает защитный механизм, чтобы сберечь энергию, используя целую батарею из 13 репрессорных белков, называемую JAZ.

Растение, используемое в эксперименте, не имело 10 из этих 13 репрессорных белков, поэтому растение находилось в постоянном изматывающем режиме защиты от отсутствующего врага — выключить защиту оно просто не могло.

Получившееся растение росло гораздо медленнее своих диких родственников, что было заметно невооруженным глазом. У него также была слабая репродуктивная система — оно производило на треть меньше семян, которые к тому же прорастали медленнее, чем положено. Семена были меньше и хуже по качеству, с меньшим запасом питательных элементов.

Даже фотосинтез был изменен из-за постоянной работы защитных механизмов. Получая то же количество энергии, что и его дикие сородичи, оно использовало ее гораздо больше, чтобы потратить на работу репрессорных белков.

Чтобы показать, что проблемы растения связаны именно с перерасходом энергии на защиту, ученые добавили сахаров, что частично восстановило его рост.

  Источник: PNAS