Внешняя оболочка растительных клеток способна работать как полноценный компьютер, непрерывно анализируя внешние угрозы и управляя внутренними ресурсами. Специалисты из Солковского института биологических исследований в США обнаружили рецептор SRF3, который помогает флоре выживать при нашествии микробов и сохранять дефицитное железо. Результаты исследования описаны в журнале Science Advances.
Железо жизненно необходимо не только людям, но и самим растениям, а также населяющим почву микроорганизмам. Из-за железа в грунте разворачивается невидимая для человека борьба: микробы активно пытаются украсть ценный минерал из клеток флоры, а растения вынуждены защищать свои запасы. Обнаруженный рецептор SRF3 располагается прямо на поверхности клеточных мембран. При атаке патогенов он мгновенно запускает выработку активных форм кислорода. Эти молекулы эффективно уничтожают вторженцев, но при этом стремительно сжигают внутренние запасы железа.
Когда уровень жизненно важного металла падает до критической отметки, рецептор меняет свою физическую структуру. Он получает специальную белковую метку, убиквитин, и проникает вглубь клетки. После этого агрессивная защитная реакция останавливается, а баланс железа плавно восстанавливается. «Мы объяснили механизм от масштаба одной молекулы до целого организма, что редко удается в других биологических системах», — отметил соавтор исследования Матье Платр. Описанный механизм превращает оболочку клетки в своеобразный вычислительный центр.
Эксперименты проводились на резуховидке Таля — популярном лабораторном растении, служащем удобной моделью для изучения сельскохозяйственных культур вроде пшеницы или кукурузы. Понимание того, как флора одновременно борется с инфекциями и удерживает питательные вещества, способно кардинально изменить подходы к современному земледелию. Дефицит железа в грунте уже сейчас угрожает урожайности во многих регионах планеты.
Открытие имеет огромное значение не только для сельского хозяйства, но и для фундаментальной биологии. Концепция «мембранных компьютеров» изначально была предложена для изучения клеток млекопитающих, а теперь подтвердилась и у представителей флоры. Исследователи доказали, что подобный механизм клеточной коммуникации — универсален.
Ранее ученые раскрыли белковый механизм, позволяющий растениям ощущать касания.