Forskerne utsatte blomsten vårskrinneblom for ulike skader for å se hvordan den reagerer. (Foto: Per Harald Olsen, NTNU)
Slik reagerer planter på angrep
Planter må forsvare seg mot både tørke, fiender og sykdom. Men ulike trusler krever ulik respons. Derfor må plantene først finne ut av hva de blir angrepet av.
ssNå vet vi mer om hvordan planter forsvarer seg mot forskjellige farer.
Oppsiktsvekkende funn viser at plantens forsvarssystemer hjelper hverandre. Når ett av systemene svikter, kan et annet delvis ta over forsvaret.
Forskere ved Institutt for biologi ved NTNU har samarbeidet med folk fra Imperial College London og The Sainsbury Laboratory for å finne ut mer om hvordan planter forsvarer seg.
Resultatene er publisert i magasinet Science Signaling.
Må identifisere faren
Cellevegger er et ytre skjelett som beskytter plantene mot ulike trusler. De er livsviktige, og derfor har planter mekanismer som overvåker celleveggene og oppdager når de blir skadet.
Når celleveggen blir skadet, vil planten normalt forsøke å minimere ødeleggelsene og reparere den. Målet er å gjenopprette en normaltilstand, en likevekt.
Planten må reagere ulikt alt etter hva slags fare som truer. Men til å begynne med kan ikke planten registrere om skaden kommer av tørke eller av en sykdom som bryter ned celleveggen.
Så hvordan kan planter identifisere faren og gi den rette responsen?
Trenger flere typer forsvar
Forsker Thorsten Hamann ved NTNU har vært sentral i arbeidet.
– Tørke må gi endringer i stoffskiftet, mens sykdom må få planten til å aktivere ulike immunresponser, forklarer Hamann.
Ulike kjemiske prosesser er altså involvert alt etter hvilken trussel planten må svare på. En fysisk skade på celleveggen gir en helt annen løsning fra plantens side enn det sykdommer gjør.
Vårskrinneblom
Forskerne utsatte vårskrinneblom (Arabidopsis thaliana) for ulike skader for å se hvordan plantene reagerte.
Vårskrinneblom er en ganske alminnelig karplante i korsblomstfamilien. Den er normalt ettårig, er temmelig enkel å dyrke og artens 30 000 gener er fullstendig kartlagt.
Arten brukes derfor som en såkalt «modellorganisme» av forskere for å gi innsikt i biologiske prosesser som forhåpentligvis er gyldige for flere arter enn den selv.
Vi kan altså lære noe generelt om flere arter ved å undersøke én art.
Angrep plantene
Celleveggene består av proteiner og ulike sukkerarter som cellulose, pektiner og lignin.
Forskerne angrep noen av plantene med enzymer som bryter ned celleveggene. Andre planter ble tilført et stoff som hindrer dannelsen av cellulose. Deretter undersøkte forskerne den kjemiske responsen fra plantene.
De koblet fra 27 ulike gener for å se hvilken virkning det fikk. Fem av genene hadde betydning for å holde celleveggene ved like.
Forsøkene ga et grunnlag for å identifisere flere enzymer (kinaser) og kanalproteiner som er involvert i forsvarsmekanismene. En rekke gener er involvert i produksjonen av disse stoffene.
Har dobbelt forsvar
Det mest interessante funnet er antakelig at to forsvarssystemer kan fungere som en slags backup for hverandre.
– Vi fant ut at hvis vi blokkerte immunresponsen i plantene, kunne mekanismene som opprettholder balansen i celleveggene delvis kompensere for dette. De ble et slags reserveforsvar, forklarer Hamann.
Studien gir ellers en langt større forståelse for sammenhenger der ytre påvirkninger utløser helt bestemte reaksjoner i plantene.
– Vi kan se hvordan ulike fysiske påvirkninger utløser ulike spesifikke kjemiske responser, sier Hamann.
Derfra er det lett å se for seg at vi selv kan påvirke plantene til å reagere på bestemte måter.
Viktig innenfor landbruket
I tillegg til å være interessant grunnforskning, kan resultatene også ha en praktisk nytteverdi.
Ved å vite mer om de ulike forsvarsmekanismene i plantene, åpner vi for nye løsninger. Da kan vi kanskje hjelpe plantene til å stå imot ulike farer mer effektivt.
Resultatene fra forsøkene med vårskrinneblom kan være viktige for landbruket, for eksempel innenfor dyrking av ris og mais for å gi bedre avlinger.
Hvert år produseres over én milliard tonn mais, mens produksjonen av ris er på rundt 750 millioner tonn. Mange mennesker og husdyr har disse plantene som en sentral del av dietten.
Vi snakker derfor om særdeles konkrete verdier for svært mange.
Referanse:
Timo Engelsdorf m.fl: The plant cell wall integrity maintenance and immune signaling systems cooperate to controll stress responses in Arabidopsis thaliana. Science Signaling. Juni 2018. DOI: 10.1126/scisignal.aao3070. Sammendrag.
