Культурные растения можно отучить от симбиоза с растениями-паразитами

Культурные растения сами прикармливают своих паразитов так же, как и полезных симбионтов. Биохимики нашли способ, который разрывает невыгодную для культурных растений связь.

Растения-паразиты родов Striga (стрига) и Orobanche (заразиха) наносят большой вред посевам риса, кукурузы, сорго, бобовых, томата, табака. Это серьезная проблема для сельского хозяйства многих стран, главным образом на севере Африки: стригой там заражены две трети пахотных земель. Паразиты истощают культурные растения и снижают урожай.

Растения-паразиты совсем или почти совсем неспособны к фотосинтезу. У заразихи вообще нет хлорофилла, у стриги имеются мелкие зеленые листья. Они получают питание от растения-хозяина, прикрепляясь к нему корнями или основанием стебля. Так что кукурузе или рису приходится работать за двоих – кормить себя и нахлебника. Но, как ни удивительно, растения-хозяева сами пригревают на своем теле паразита, потому что прорастание паразитических семян происходит благодаря веществам, выделяемым в почву хозяином.

Гормон-коммуникатор

У этих веществ – стриголактонов совершенно разные роли, внутренняя и внешняя. Внутри тела растения они работают как фитогормоны и в этом качестве контролируют рост боковых побегов. А внешняя роль – коммуникативная. Стриголактоны обеспечивают симбиоз растений с другими видами, например, позволяют развиваться микоризе – симбиозу с грибами. Но они же помогают прорастать паразитам. Паразитизм – это тоже вид симбиоза, просто один сожитель получает от него пользу, а другой вред. А механизмы взаимовыгодного симбиоза и паразитизма во многом схожи.

Биохимические пути действия стриголактонов исследовали канадские ученые под руководством Питера Маккоурта (Peter McCourt) из Университета Торонто (University of Toronto). Они поставили задачу найти способ регуляции этих гормонов, чтобы придать культурным растениям устойчивость к паразитам. Правда, люди уже используют стриголактоны для борьбы с паразитами: вводят с почву их синтетические заменители, чтобы семена растений-паразитов прорастали в неурочное время, когда поле не засеяно. Но у этого способа есть недостатки: синтез заменителей довольно дорог, а в почве они остаются неконтролируемое время.

Возможна генетическая или химическая регуляция

Ученые проследили весьма непростую цепочку, которая ведет к синтезу стриголактонов в модельном растении Arabidopsis, и нашли ключевые гены-регуляторы процесса. Воздействуя на них, можно снизить образование этих веществ. Кроме того, методом химического скрининга биологи отобрали пять химических соединений, которые угнетают прорастание семян: они подавляют развитие первого зародышевого листка. Вещества назвали котилимидами. По химической природе три из них относятся к фталимидам, два – к сукцинимидам. При обработке ими модельного растения арабидопсиса в ткани снижался синтез стриголактонов. В результате посеянные в почву рядом с таким растением семена стриги и заразихи не прорастают.

Как результат исследования канадские биологи предлагают новые стратегии борьбы с растениями-паразитами. Можно манипулируя целевыми генами создавать культуры, которые выделяют в почву значительно меньше стригалактонов. А можно с той же целью воздействовать веществами котилимидами, которые будут подавлять прорастание паразитических семян.

Статья о том, как избавить поля от паразитов, опубликована в журнале Nature Chemical Biology.