Давние теории о том, как растения полагаются на кальциевые волны, чтобы системно реагировать на повреждения и другие стрессы, получили новую перспективу.

Исследователи Центра Джона Иннеса показали, что кальциевые волны не являются первичной реакцией, а скорее вторичной реакцией на волну аминокислот, высвобождаемых из раны.

Эти результаты бросают вызов устоявшимся представлениям о растительных сигнальных молекулах на большие расстояния и механизмах, с помощью которых информация передается от точки стресса через живые и неживые ткани растений.

В течение многих лет наблюдалось, что ранение и другие травмы инициируют кальциевые волны, которые распространяются как на короткие расстояния от клетки к клетке, так и на большие расстояния от листа к листу.

Эти кальциевые волны напоминают сигналы, наблюдаемые в нервах млекопитающих, но поскольку у растений нет нервных клеток, механизм, с помощью которого это происходит, находится под вопросом.

Новые результаты, опубликованные в журнале Science Advances, предполагают, что когда клетка ранена, она выделяет волну глутамата, аминокислоты. Когда эта волна проходит через ткани растений, она активирует кальциевые каналы в мембранах клеток, через которые проходит. Эта активация выглядит как кальциевая волна, но является пассивной реакцией или "считыванием" движущегося сигнала глутамата.

Предыдущие гипотезы, объясняющие, как кальциевые волны проходят через растительные клетки, включали активные механизмы распространения кальциевого сигнала. Эти гипотезы основывались на сигнале, распространяющемся вдоль клеточной мембраны, или через волну давления в ксилеме, но не было никакого объяснения тому, как реакция передается от одной клетки к другой.

Доктор Кристин Фолкнер, руководитель группы в Центре Джона Иннеса, сказала: "Каждый раз, когда представлялись модели активного распространения, я задавалась вопросом, как эта волна распространяется от клетки к клетке. Мне показалось, что в теории есть дыра, и это исследование раскрывает новый механизм, который показывает, что кальциевая волна - это не то, чем кажется".

Группа доктора Фолкнера специализируется на изучении плазмодесм, каналов или мостов, соединяющих клетки, и команда предположила, что сигнал от раны будет передаваться от клетки к клетке через плазмодесмы. Однако, используя методы количественной визуализации, моделирование данных и генетику, они обнаружили, что мобильный сигнал представляет собой волну глутамата, которая распространяется за пределы клеток, вдоль клеточных стенок.

"Волны глутамата и кальция связаны — глутамат запускает кальциевую реакцию. Вы могли бы представить себе это с помощью аналогии с коридором. Глутамат мчится по коридору и, проходя мимо двери, пинком распахивает ее. Реакция кальция - это открытие двери. До сих пор предполагалось, что то, что двигалось по коридору, было гидравлическим давлением или серией распространяющихся химических реакций, но наше исследование показывает, что это не так", - сказал доктор Фолкнер.

Первый автор исследования доктор Аналиса Белланди сказала: "Мы показали, что кальциевые волны синхронны с волнами глутамата, и их динамика соответствует передаче посредством диффузии и потока. Это исследование заставляет нас переосмыслить то, что мы знаем. Я надеюсь, что наше исследование вдохновит на дебаты и позволит людям по-новому взглянуть на данные, которые уже давно используются в этой области".

"Диффузия и объемный поток аминокислот опосредуют кальциевые волны в растениях" появляется в журнале Science Advances.