Odkrywanie tajemnic odporności roślin w celu ochrony plonów
Po pierwszym porażeniu roślina nabywa odporności i skuteczniej reaguje na pojawienie się kolejnego patogenu. Uodpornienie, czyli tzw. priming, rośliny polega na tym, że zachowuje ona – przez kilka dni, a czasem i w kolejnych pokoleniach – pamięć o pierwszym kontakcie z patogenem. „Eksperci uważają, że priming jest najbezpieczniejszą i najskuteczniejszą metodą wspierania endogennej odporności roślin”, komentuje Ana López, stypendystka działania „Maria Skłodowska-Curie”, która odpowiada za całościową koordynację finansowanego ze środków UE projektu EPILIPIN. „Są oni ponadto zgodni, że priming stanowi idealny cel nowych strategii ochrony plonów, ponieważ zapewnia naturalną, trwałą odporność na patogeny”. Nim priming zostanie wykorzystany do ochrony zbóż, potrzebna jest jednak szersza wiedza o rządzących nim mechanizmach. Badania w ramach projektu przeprowadzono dzięki wsparciu z działania „Maria Skłodowska-Curie”.
Oksylipiny i powiązane białka potrzebne do wystąpieniu u rośliny zjawiska primingu
W procesach primingu uczestniczą endogenne związki oksylipinowe i epigenetyczne mechanizmy rośliny. „Do dziś nie udało się określić konkretnej roli tych dwóch czynników i występującego między nimi związku”, zauważa López. „W odpowiedzi na unijne problemy i priorytety uczestnicy projektu EPILIPIN starają się uzupełnić te luki w wiedzy, badając sposoby wykorzystania naturalnych związków w postaci oksylipinów do wywołania trwałego efektu primingu i zwiększenia plonów przy jednoczesnym zminimalizowaniu wpływu rolnictwa na środowisko”. Naukowcy zaczęli prace od wyjaśnienia tego, jaką rolę w primingu odgrywają oksylipiny. Następnie określili oni miejsce oksylipinowego sygnału mechanizmów epigenetycznych na drodze między wykryciem patogenu a zmianami epigenetycznymi uczestniczącymi w primingu (wykorzystaniu pamięci). Wyniki pokazały, że kluczową rolę w szlaku sygnałowym oksylipinów odgrywają mitochondria. Główna funkcja mitochondriów polega na produkowaniu energii w komórce poprzez oddychanie i regulację metabolizmu komórkowego. Uzyskane dane pokazują ponadto, że zmiany mitochondrialne są elementem procesów primingu.
Skuteczne wykorzystanie primingu do ochrony upraw
Zespół EPILIPIN opracował roboczy model, w którym sygnał wywołany przez rozpoznanie patogenu i przekazywany przez oksylipiny wywołuje zmiany mitochondrialne wpływające na odkładanie się markerów epigenetycznych, na których bazuje pamięć stresu (priming). Członkowie zespołu wywoływali trwałą odporność na różne patogeny roślin, takie jak grzyby, bakterie lub lęgniowce, która chroniła nie tylko zmodyfikowane tkanki, ale też całą roślinę, a w niektórych wypadkach nawet następne pokolenie. „Ten model nie tylko pokazuje ważną rolę oksylipinów w procesach primingu, ale też wskazuje na mitochondria jako pośrednika łączącego sygnały zewnętrzne i koordynującego reakcje rośliny na zmiany środowiskowe”, wyjaśnia López. „Może mieć on wpływ na bardzo różne dziedziny – od epigenetyki, ochrony roślin i biologii komórek po ekologię i ewolucję”. López uważa, że projekt EPILIPIN już teraz przynosi wymierne korzyści. „Poznaliśmy i umiejscowiliśmy niektóre z elementów tworzących kaskadę sygnałów między momentem rozpoznania patogenu a powstaniem wspomnienia stresu, które opiera się na mechanizmach epigenetycznych i zapewnia trwałą ochronę rośliny”. „EPILIPIN otwiera nowe możliwości w rozwoju alternatywnych, bardziej ekologicznych i zrównoważonych strategii rolniczych, co jest jednym z priorytetów UE”, podsumowuje López. „Wyniki prac mogą ułatwić wykorzystanie epigenetyki w primingu roślin, a w efekcie wywołać prawdziwy przełom w przyszłych programach zintegrowanego zwalczania szkodników i pozytywnie wpłynąć na wielkość upraw”.
Słowa kluczowe
EPILIPIN, priming, roślina, plony, oksylipiny, epigenetyczny, mitochondria, pamięć stresu