Regn är viktigt för växters överlevnad, men det innehåller också bakterier och andra patogener som kan skada dem. Så hur skyddar växter sig från detta hot?

En nyligen genomförd studie av forskare och kollegor vid Nagoya University visade att när växter utsätts för regn, känner hårliknande strukturer på bladytan som kallas trikomer igen detta regn som en riskfaktor för att orsaka sjukdomar och aktiverar deras immunsystem för att förhindra infektioner. Dessa resultat, publicerade i tidskriften Nature Communications , skulle kunna bidra till utvecklingen av metoder för att skydda växter från infektionssjukdomar orsakade av regn.

Växter har sitt eget immunförsvar, precis som människor och andra flercelliga organismer. När växter upptäcker patogener uttrycker de immunrelaterade gener för att förhindra att de blir infekterade. Regndroppar innehåller patogener, såsom bakterier, filamentösa svampar och virus, och kan därför orsaka sjukdomar hos växter. Med detta i åtanke antog forskarna att växter kunde känna igen regn som en riskfaktor för sjukdomar och reagera för att skydda sig mot denna risk på något sätt.

För att ta reda på hur växter reagerar på regn genomförde en forskargrupp ledd av professor Yasuomi Tada och biträdande professor Mika Nomoto vid Nagoya University en studie med Arabidopsis thaliana plantor. Teamet började med att genomföra RNA-sekvensanalyser för att undersöka vilka gener som uttrycks i löven när de utsätts för regn. De fann att flera viktiga immunrelaterade gener uttrycks som svar på regn, och att dessa gener regleras av immunsuppressiva gener som kallas CAMTAs (kalmodulinbindande transkriptionsaktivatorer).

Eftersom CAMTA styrs av kalciumjoner (Ca ²⁺ ), antog teamet att regn tjänar till att öka Ca ²⁺ koncentrationer i celler. Således undersökte de hur Ca ²⁺ nivåerna i Arabidopsis-löven förändras som svar på regn genom att introducera GCaMP3 —en gen som fluorescerar grönt när den binds till Ca ²⁺ — in i löven. De fann att när löven utsattes för regn, Ca ²⁺ nivåerna runt trikomer på bladytor ökade.

Resultatet antydde att trikomer känner av regn som en riskfaktor och inducerar kalciumvågor (överföring av lokaliserade ökningar av Ca ²⁺ till de omgivande områdena) över bladet för att inaktivera immunsuppressorn CAMTA och därigenom aktivera immunrelaterade gener. För att bekräfta detta genomförde de sedan experiment på samma sätt med mutanter av Arabidopsis som saknade trikomer, och resultaten visade att utbredningen av kalciumvågor äventyrades i mutanterna.

"Från dessa resultat bekräftade vi att trikomer spelar en roll för att känna av regn som en riskfaktor och aktivera immunsvar", säger professor Tada. "Våra fynd tyder på att vi kan på konstgjord väg kunna förbättra växternas försvarsförmåga mot sjukdomar när som helst och under hur lång tid som helst. Genom att använda denna teknik kan vi göra det möjligt att aktivera grödors immunsvar när miljöförhållandena är tillräckligt hårda för att möjligen orsaka sjukdom i växter, vilket kan resultera i stabila skördar."

Uppsatsen "Mekanosensoriska trikomceller framkallar ett mekaniskt stimuli-inducerat immunsvar i Arabidopsis thaliana " publicerades online i tidskriften Nature Communications den 8 mars 2022.