Растения хранят память о пережитом стрессе, и эту память можно «включить» заранее, пока будущее растение еще семя. Как устроена такая подготовка и почему она делает посевы устойчивыми к капризам климата, разобрали Паял Чакраборти из Университета Амити и Бандана Босе из Бенарасского индуистского университета в Индии. Их обзор вышел в журнале Frontiers in Plant Physiology.
Праймирование — это контролируемое увлажнение семян, которое запускает в них ранние биохимические процессы, но не дает проростку проклюнуться. Помимо воды, в праймировании используют растворы солей, питательные вещества, гормоны, полезные бактерии и даже наночастицы серебра, кремния и оксида цинка. Обработанные семена прорастают активнее, а выросшие из них растения быстрее реагируют на невзгоды: точнее регулируют испарение воды через устьица, стабильнее поддерживают фотосинтез и лучше защищают свои клетки от повреждений.
Эксперты полагают, что виной всему — стрессовая память. Нервной системы у растений нет, поэтому сведения о пережитом они хранят в виде химических меток. Сигнальные молекулы и гормоны перестраивают работу защитных генов, а эпигенетические модификации (пометки на ДНК, не меняющие саму ее последовательность), удерживают эти гены во «взведенном» состоянии. Одновременно перестраивается обмен веществ: в клетках запасаются сахара и антиоксиданты, защищающие посевы от обезвоживания и агрессивных молекул кислорода. Встретив стресс повторно, подготовленное растение отвечает быстрее и мощнее, не расходуя энергию на постоянную оборону.
Методы, позволяющие одновременно отслеживать работу тысяч генов и уровень метаболитов, подтверждают, что метки памяти сохраняются даже после того, как обработанные семена высохли и отправлены на хранение. У пшеницы и риса праймирование повышало урожайность и улучшало качество зерна в обычных условиях. А по некоторым данным, отдельные черты приобретенной выносливости наследуются: потомство растений, переживших засуху, переносило ее легче, чем потомство тех, что росли без трудностей.
Сам феномен стрессовой памяти у растений впервые описали в 2007 году, а идея «памяти праймирования» появилась в 2013-м. Авторы обзора напоминают, что сила метода зависит от сорта, погодных условий и срока хранения семян, поэтому лабораторные результаты не всегда воспроизводятся в поле. Если эти препятствия удастся преодолеть, дешевая и экологичная технология станет частью умного сельского хозяйства — с протоколами обработки под конкретную культуру, сорт и прогноз погоды.
Ранее сообщалось, что светящиеся растения научились сообщать о своем самочувствии агрономам.