Nawet najlżejsze dotknięcie może w ciągu niespełna minuty uruchomić w roślinie kaskadę reakcji. Naukowcy z Uniwersytetu w Lund zidentyfikowali szlak sygnałowy, który łączy bodźce mechaniczne ze zmianami aktywności genów i wzrostu roślin

Rośliny nie mogą uciec, gdy wzmaga się wiatr, pada ulewny deszcz albo roślinożerca zaczyna obgryzać ich liście. Muszą więc rozpoznawać swoje otoczenie i odpowiednio się do niego dostosowywać. Naukowcy odkryli właśnie ważny element tego procesu: wyjaśnili, co dzieje się wewnątrz roślin pod wpływem dotyku, uszkodzenia lub innych bodźców fizycznych.

Badacze poddali rzodkiewnika pospolitego (Arabidopsis thaliana) – niewielką roślinę kwitnącą spokrewnioną z gorczycą i kapustą – różnym rodzajom mechanicznej stymulacji. Wykazali, że uruchamia ona kaskadę złożoną z trzech określonych grup białek. Białka te, nazywane kinazami MAP, aktywują się w ciągu minuty, a następnie przekazują sygnały wpływające na aktywność setek genów i przyczyniające się do zmian wzrostu rośliny.

„Od ponad 25 lat wiemy, że bodźce mechaniczne aktywują kinazy MAP, ale brakowało kluczowego elementu układanki: nie wiedzieliśmy, co uruchamia ten sygnał i jak łączy się on z dalszym rozwojem rośliny. Teraz zidentyfikowaliśmy ten szlak sygnałowy” – mówi Olivier Van Aken, biolog z Uniwersytetu w Lund.

Naukowcy połączyli analizy genetyczne i molekularne z zakrojonymi na szeroką skalę badaniami aktywności genów i białek. Dzięki temu mogli prześledzić, co dzieje się wewnątrz rośliny po zadziałaniu bodźca mechanicznego.

Badanie pokazuje, że grupy białek MAPKKK3/4/5, MKK4/5 i MPK3/6 tworzą centralny szlak przekazywania sygnałów. Szlak ten aktywuje się szybko po zadziałaniu bodźca mechanicznego i działa jak kaskada białek, sterując znaczną częścią wczesnej reakcji rośliny na dotyk.

Badacze wykazali również, że szlak ten wpływa na wzrost roślin poddawanych powtarzającym się obciążeniom mechanicznym. Zjawisko to, nazywane tigomorfogenezą, oznacza, że regularne działanie wiatru albo ataki roślinożerców i owadów mogą zmieniać wzrost, kształt i mechanizmy obronne roślin.

„To niezwykłe, że sygnał uruchomiony w ciągu minuty może wywoływać tak rozległe skutki” – mówi Huy Cuong Tran, biolog z Uniwersytetu w Lund i pierwszy autor badania.

Wyniki dostarczają nowych informacji o tym, jak rośliny odbierają bodźce z fizycznego środowiska i dostosowują się do jego warunków. W dłuższej perspektywie badania mogą pomóc lepiej zrozumieć, jak rośliny radzą sobie ze stresem mechanicznym oraz jak warunki środowiskowe wpływają na ich wzrost i odporność.

Na razie są to jednak badania podstawowe. Zanim ich wyniki będzie można wykorzystać w rolnictwie, potrzebne będą kolejne prace. Dotychczasowe badania przyniosły jednak obiecujące rezultaty. Wykazano na przykład, że kontrolowane wałowanie upraw zbożowych może chronić rośliny przed wyleganiem i suszą.

„Rośliny mogą sprawiać wrażenie nieruchomych i biernych, ale nieustannie monitorują to, co dzieje się wokół nich. Zrozumienie molekularnych mechanizmów tych sygnałów pozwoli nam lepiej poznać sposoby, w jakie rośliny dostosowują się do środowiska i radzą sobie ze zmieniającymi się warunkami, między innymi ze skutkami zmiany klimatu” – podsumowuje Viktor Johansson, doktorant z Uniwersytetu w Lund.

Wyniki badania ukazały się w Nature Communications.

Źródła: 

EurekAlert, Researchers solve mystery of how plants sense touch, https://www.eurekalert.org/news-releases/1145878

DOI: 10.1038/s41467-026-74994-x

• Nauki biologiczne i rolnicze