Hoewel regen essentieel is voor het voortbestaan ​​van planten, bevat het ook bacteriën en andere ziekteverwekkers die hen schade kunnen toebrengen. Dus hoe beschermen planten zichzelf tegen deze dreiging?

Een recent onderzoek door onderzoekers en collega's van de Universiteit van Nagoya onthulde dat wanneer planten worden blootgesteld aan regen, haarachtige structuren op het bladoppervlak, trichomen genaamd, deze regen herkennen als een risicofactor voor het veroorzaken van ziekten en hun immuunsysteem activeren om infecties te voorkomen. Deze bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications , zou kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van methoden om planten te beschermen tegen infectieziekten veroorzaakt door regen.

Planten hebben hun eigen immuunsysteem, net als mensen en andere meercellige organismen. Wanneer planten ziekteverwekkers detecteren, brengen ze immuungerelateerde genen tot expressie om te voorkomen dat ze geïnfecteerd raken. Regendruppels bevatten ziekteverwekkers, zoals bacteriën, draadschimmels en virussen, en kunnen dus ziekten bij planten veroorzaken. Met dit in het achterhoofd veronderstelden de onderzoekers dat planten regen zouden kunnen herkennen als een risicofactor voor ziekten en zouden kunnen reageren om zichzelf op de een of andere manier tegen dit risico te beschermen.

Om erachter te komen hoe planten reageren op regen, voerde een onderzoeksteam onder leiding van professor Yasuomi Tada en universitair docent Mika Nomoto van de Universiteit van Nagoya een onderzoek uit met Arabidopsis thaliana-zaailingen. Het team begon met het uitvoeren van RNA-sequencing-analyses om te onderzoeken welke genen tot expressie worden gebracht in de bladeren wanneer ze worden blootgesteld aan regen. Ze ontdekten dat verschillende belangrijke immuungerelateerde genen tot expressie worden gebracht als reactie op regen, en dat deze genen worden gereguleerd door immunosuppressieve genen die CAMTA's worden genoemd (calmoduline-bindende transcriptie-activators).

Aangezien CAMTA's worden gecontroleerd door calciumionen (Ca ²⁺ ), veronderstelde het team dat regen de Ca ²⁺ . verhoogt concentraties in cellen. Zo onderzochten ze hoe Ca ²⁺ niveaus in Arabidopsis-bladeren veranderen als reactie op regen door de introductie van GCaMP3 —een gen dat groen fluoresceert wanneer het wordt gebonden aan Ca ²⁺ - in de bladeren. Ze ontdekten dat wanneer de bladeren werden blootgesteld aan regen, Ca ²⁺ niveaus rond trichomen op bladoppervlakken namen toe.

Het resultaat suggereerde dat trichomen regen als een risicofactor waarnemen en calciumgolven induceren (overdracht van gelokaliseerde verhogingen van Ca ²⁺ naar de omliggende gebieden) over het blad om de immunosuppressor CAMTA te inactiveren en daardoor immuungerelateerde genen te activeren. Om dit te bevestigen, voerden ze vervolgens op dezelfde manier experimenten uit met mutanten van Arabidopsis die geen trichomen hadden, en de resultaten toonden aan dat de voortplanting van calciumgolven in de mutanten werd aangetast.

"Uit deze resultaten hebben we bevestigd dat trichomen een rol spelen bij het waarnemen van regen als een risicofactor en het activeren van immuunreacties", zegt professor Tada. "Onze bevindingen suggereren dat we het verdedigingsvermogen van planten tegen ziekten op elk moment en voor een langere tijd kunstmatig kunnen verbeteren. Met behulp van deze technologie zouden we het mogelijk kunnen maken om de immuunresponsen van gewassen te activeren wanneer de omgevingsomstandigheden hard genoeg zijn om mogelijk ziekte veroorzaken bij planten, wat kan resulteren in stabiele gewasopbrengsten."

Het artikel " Mechanosensorische trichoomcellen wekken een mechanische stimuli-geïnduceerde immuunrespons op in Arabidopsis thaliana " werd online gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications op 8 maart 2022.