У розвитку рослин передача сигналів між клітинами забезпечується мобільними сигнальними гормонами. До них належать перекис водню (H₂O₂), оксид азоту (NO) або сірководень (H₂S). Також у цьому процесі беруть участь кілька факторів транскрипції та малі РНК.
Мінеральні поживні речовини, включаючи макро- та мікроелементи, є визначальними факторами для росту та розвитку рослин. Вони визнані потенційними сигнальними молекулами.
Метою даної статті є оцінка ролі поживних речовин як сигнальних компонентів. Особливу увагу приділено механізмам відповіді на стресові умови рослин.
У природному середовищі існування рослини піддаються численним екологічним стресам. Серед них — засолення ґрунту, дефіцит поживних речовин, посуха, екстремальні температури та вплив важких металів. Оскільки рослини не можуть рухатися, вони повинні бути забезпечені ефективними стратегіями для боротьби та протистояння несприятливим умовам.
Здатність рослини виживати за несприятливих кліматичних умов залежить від її швидкої реакції. Вона повинна негайно протидіяти згубним наслідкам стресу.
Відомо, що абіотичні стреси викликають різноманітні стимули, які сприймаються сигнальними молекулами. До них належать:
- Перекис водню (H₂O₂).
- Оксид азоту (NO).
- Сірководень (H₂S).
- Мелатонін або фітогормони.
Вони становлять ранню відповідь на екологічні виклики.
Рослини можуть відчувати та сприймати сигнали на будь-якій стадії розвитку. Будь-який фактор абіотичного стресу передається всередині цитозолю (рідкий вміст клітини). Це призводить до посилення експресії генів і синтезу білків.
Отже, рослини активують ранні механізми передачі сигналів про стрес. Це відбувається протягом від кількох секунд до кількох годин. Завдяки цьому вони набувають толерантності до стресу.
У реакції рослини на стрес беруть участь три основні етапи:
- сприйняття несприятливих умов навколишнього середовища (позаклітинні сигнали),
- передача сигналу
- і, нарешті, формування адекватної відповіді.
Дійсно, стрес відчувається в різних клітинних органелах, після чого відбувається кілька сигнальних подій, що включають вторинні месенджери та регуляторні білки, такі як протеїнкінази. У відповідь на зовнішні подразники ініціюється каскад фосфорилювання білка, і відбувається багато змін у транскрипції генів, що призводить до синтезу нових білків або модифікації існуючих, які є вирішальними у відповідях рослин на стрес.
Численні дослідження було проведено з метою вивчення реакції рослин на дефіцит макро- або мікроелементів. Результати показали зміни параметрів росту та індукцію механізмів, залучених до отримання кожного конкретного елемента. Загалом ці механізми включають регуляцію потоків поживних речовин через плазматичну мембрану та перехресний зв’язок між гормонами H₂O₂ та NO. Зрештою, за їх участі в передачі сигналів абіотичного стресу в рослинах приділялося менше уваги, за винятком елемента кальцію.
Дійсно, досі найвідомішим прикладом є передача сигналів кальцієм. Лише кілька досліджень вказали на те, що, крім живлення рослин, макро- та мікроелементи можуть діяти як сигнали для активації реакції рослин на абіотичні стреси. Ця подвійна роль поживних речовин пояснюється їхньою здатністю діяти як головний перемикач метаболізму рослин за несприятливих екологічних викликів. Зміни в концентрації деяких елементів, таких як Ca²⁺, K⁺, N та інших, викликають коригування клітинного метаболізму. Це впливає на експресію багатьох генів і активність безлічі ферментів, що дозволяє рослинним клітинам перенаправляти велику кількість енергії на захисні реакції.
В умовах абіотичного стресу здатність рослини та її ефективність налаштовувати чи запускати кілька метаболічних мереж є визначальним фактором її акліматизації та виживання. Ця адаптивна реакція передбачає зв’язок між коренем і пагоном та пагоном і коренем. Вона стосується різних сигнальних молекул на великій відстані, включаючи поживні речовини, гормони, асиміляти, пептиди. Наприклад, коріння під впливом солі ініціює системну хвилю на великій відстані шляхом збільшення цитозольного Ca²⁺ через ентодерміс (внутрішній шар клітин у корі кореня та деяких стебел, що оточує судинний пучок) і кору. Це викликає в пагоні надмірну експресію генів SOS1 (надмірно чутливий до солі 1), SOS2 і CBL (кальциневрин B-подібний білок).
Таким чином, мінеральні поживні речовини повинні бути додані до списку найпоширеніших сигнальних молекул. До нього входять гормони, NO, H₂S або H₂O₂. Завдяки своїй подвійній ролі, живлення рослин і передача сигналів за біотичних і абіотичних стресів, поживні речовини мають важливе значення в біології рослин.
Для замовлення дзвоніть +38 067 0000 304
Рекомендуємо до прочитання також нашу нову статтю – АД’ЮВАНТИ ЯК ЧИННИК ЗАХИСТУ ДОВКІЛЛЯ
