Растения сои «запоминают» засуху и нападения вредителей, чтобы наделить потомство защитными механизмами.
Эту «генетическую память» изучили в Арканзасской сельскохозяйственной экспериментальной станции, результатом чего стали несколько исследований в журналах Plant, Cell & Environment, Plant-Environment Interactions и Environmental and Experimental Botany.
Эксперименты показали, что растения могут передавать адаптивные реакции на стресс следующим поколениям, не изменяя свою ДНК. Этот механизм называется трансгенерационной пластичностью, он опосредован через эпигенетические изменения, которые управляют считыванием генетической информации.
Значение для сельского хозяйства
Долгосрочные трансгенерационные эффекты у сои — одной из важнейших сельскохозяйственных культур в мире — впервые изучены столь глубоко. Оказалось, что последствия стрессов, вызванных вредителями и засухой, для потомства могут быть как положительными, так и отрицательными.
Полученные данные могут помочь растениям противостоять будущим стрессам с минимальной потерей урожайности, объясняет энтомолог сельского хозяйства Рупеш Карият.
«Это дает нам возможность манипулировать уровнем стресса у сои, чтобы усилить ее защиту в начале сезона, не жертвуя итоговой урожайностью, — говорит он. — Но есть нюанс: нам еще предстоит определить порог, при котором стресс от засухи и вредителей принесет больше вреда, чем пользы».
Экология и экономика
Изменение климата уже усугубляет угрозы со стороны насекомых, констатирует Карият: «Насекомые становятся крупнее и дают больше поколений за год. Это требует применения большего количества пестицидов, что нельзя назвать хорошей практикой».
Повышение устойчивости сои через стрессовую память может снизить зависимость от пестицидов, что принесет значительные экологические и экономические выгоды. Особенно это касается фермеров, которые не могут позволить себе ежегодно покупать свежие семена.
Плюсы и минусы стрессовой памяти
В многоэтапных экспериментах проверили, как «память» родительского растения (его реакция на стресс) передается потомству для борьбы с конкретными видами вредителей.
Потомство стрессированных растений дает семена с более высоким содержанием азота и белка — ключевых показателей жизнеспособности. Также у таких растений больше цветков и гуще трихомы — волоски, защищающие от вредителей. Эти положительные эффекты выражены сильнее, когда родительские растения подвергались и засухе, и атакам насекомых.
Однако у стрессовой памяти есть и обратная сторона — усиленная защита, но ослабленный рост. Потомство стрессированных растений показывает снижение урожайности, давая больше пустых стручков.
Кроме того, защитные трихомы уменьшаются по мере созревания — то есть усиленная защита может быть кратковременной или зависеть от возраста. Иными словами, стрессовая память сои — палка о двух концах, делает вывод исследователь.
Эксперимент: гусеницы на мостике
Чтобы проверить, могут ли насекомые «чувствовать» прошлый стресс у растений, растения сои соединили миниатюрными мостиками. Оказалось, вредители предпочитают крепкие растения, не испытывавшие ранее нужды во влаге: естествоиспытатели наблюдали, как гусеницы соевой совки останавливались, поворачивали головы и часто возвращались к более здоровым культурам, подтверждая «гипотезу жизнеспособности растений».
Важен даже порядок стрессов
Большинство предыдущих исследований рассматривали один стрессор, но реальные полевые условия часто включают несколько. Команда Карията подвергла подопытную сою последовательным нашествиям соевой и кукурузной совки — и получила неожиданные итоги.
Когда первой атакует соевая совка, это способствует повышению уровня азота, количества цветков и стручков у потомства, нежели если атаки происходят в обратном порядке.
«Не всякие вредители улучшают устойчивость растений. Тип, интенсивность и комбинация стрессоров определяют, будет ли реакция полезной или вредной. Умеренный стресс может повысить устойчивость, но сочетание засухи и насекомых может привести к истощению и снижению урожайности», — говорит энтомолог.
Например, у потомства растений, пострадавших и от засухи, и от вредителей, отрастает больше трихом, а последовательная атака насекомых разницы в плотности трихом не дает. Похоже, что растения инвестируют в физиологическую устойчивость, а не в физическую защиту.
Таким образом, засуха может быть ключевым фактором, который переводит стресс из полезного в разрушительный.
