Mégis éreznek a növények?

A kalcium növényekben betöltött szerepe új megvilágításban.

Bár a növényeknek nincs valódi idegrendszere, mégis rendelkeznek ingerület átvivő anyagokkal, amelyek hasonlóak az idegsejtek között információt szállító vivőanyagokhoz. A növényeknek nincsenek idegsejtjeik, mindegyik sejt egyben „idegsejtként” is funkcionál. Ez teszi lehetővé a külső hatásra történő gyors válaszreakciót, a helyhez kötöttség hátrányait így próbálják a növények kiküszöbölni.

A növényi kommunikáció dekódolásától a kutatók azt várják, hogy az eredményeket felhasználva befolyásolhatják a növényi sejtek működését, növelhetik a növények ellenálló képességét, a klímaváltozás okozta negatív hatások, és más stressz tényezők kiküszöbölhetővé válnak.

A környezeti stressz hatásokra adott válaszreakciók alapján a kutatók régóta feltételezték, hogy az állatvilágban létező ingerület átvivő anyag létezik a növényekben is. A növényt érő negatív hatások, köztük például a sérülések, rendkívül gyors, az egész növényre kiterjedő válaszreakciót váltanak ki, amelyek végső soron a regenerálódást, a gyógyulást hivatottak elindítani. Ennek az okát kezdték el kutatni.

Glutamát receptor

Egyik legjobban tanulmányozható kísérleti alanynak a közismert gyomnövény, a Lúdfű (Arabidopsis thaliana) bizonyult. Kimutatták, hogy a lúdfűben található, GLR-nek nevezett, a sejtmembránhoz kapcsolódó fehérjék nagy hasonlóságot mutatnak az állati idegsejtekben található glutamát receptorokkal (sejtmembránhoz kötődő fehérjék, amelyekhez glutamát kapcsolódhat), és közvetítésükkel a növényekben sejtről sejtre vándorol az információ. De mi és hogyan vándorol?

Lássuk először, hogy mi az az elektromos töltéssel rendelkező anyag, ami ingerületként terjed szét a növényben. Ez nem más, mint a pozitív töltéssel rendelkező kalciumion. A kalciumionok vándorlása maga az „ingerület”, amelyet erre a célra előállított Arabidopsis növényekben előforduló fehérje segítségével tudtak a kutatók nyomon követni. A fehérje ugyanis a kalcium körül fluoreszkál, így le tudták videózni az ingerület terjedését, azaz a kalcium ionok útját. Kiderült, hogy a növényt érő bármilyen sérülés, vágás, zúzódás ugyanazt a reakciót váltja ki: felvételek sora mutatja, hogy a növény a sérülés környékén elkezd fluoreszkálni, majd ez a fény az egész növényben szétterjed, másodpercenként 1 mm-es sebességgel. Még néhány perc, és a védekezésben szerepet játszó növényi hormonok szintje megemelkedik a távoli levelekben. Ez már a válaszreakció, amely során megváltozik a növény anyagcseréje, beindulnak a védekező mechanizmusok.

Fotó: Science Magazine.

Most lássuk, hogy mi teszi lehetővé a kalcium ionok vándorlását. Sérülés hatására a növényi membránokba beépült GLR receptorokhoz, ahogy már említettük, glutamát kötődik, amelyek hatására a receptorok a kalcium ionok beáramlásának zöld utat adnak. Úgy kell elképzelni, hogy a megkötődő glutamát olyan szerkezeti változást okoz a receptorban, aminek eredményeként mintegy kapuként megnyílik, és a kalcium ionok keresztülhaladnak rajta. Ez a bonyolult működési mechanizmus az állati idegsejtekéhez hasonló.

Csakhogy a növényekben mindez idegsejtek nélkül történik. Így válik lehetővé, hogy például egy növényevő állat okozta sérülés esetén a sérült levél az ép levelekhez is vészjelzést juttat. A távoli levelekhez 2 perc alatt jut el az információ. A jelek aktiválják a növény védekező mechanizmusát, ilyenek lehetnek a kártevők számára káros anyagok kibocsátása, vagy olyan anyagcsere utak megnyitása, amelyek lehetővé teszik a regeneráló folyamatok megindulását.

A kutatási eredmények új megvilágításba helyezik a kalcium ionok növényekben betöltött szerepét, felhívják a figyelmet a kalcium ellátás jelentőségére, és a növények ellenálló képességének fokozásában betöltött szerepükre. A kalcium fontos tápelem, beépül a sajtfalba és a sejtmembránba, fokozza a sejtek fizikai ellenálló képességét, és, ahogy e cikkből is kiderült, hírvivő, a növények környezeti kihívásokkal szembeni válaszreakciójában nélkülözhetetlen ion.

(Science 2018, DOI: 10.1126/science.aat7744).

Olvasd el Titkos információs szupersztráda című cikkünket is.