Grønne bladflyktige stoffer er en plantes raske reaksjon på trusler. Star61/Wikimedia Commons, CC BY-SA

Har du noen gang lurt på den skarpe, grønne tonen som treffer nesen din når du klipper plenen eller klipper blomsterstengler? Det er de flyktige grønne blader, eller GLVs: lett fordampede oljer som planter bruker for å kommunisere med andre planter og forsvare seg mot planteetere eller patogener som bakterier eller sopp.

Nesten hver grønn plante kan raskt syntetisere og frigi GLV-er når de blir angrepet, både direkte avverge angripere og indirekte tiltrekke seg rovdyr av planteetere som insekter og prime plantens andre forsvarsmekanismer. Forskere vet at GLV spiller en viktig rolle i å beskytte planter, men hvordan de fungerer er fortsatt uklart.

jeg er en biokjemiforsker, og gjennom et samarbeid mellom Wang Lab og Stratmann Lab ved University of South Carolina, kollegene mine og jeg studerer hvordan planteceller distribuerer flyktige stoffer fra grønne blader. I vår nylig publisert forskning, identifiserte vi de potensielle signalveiene GLV-er bruker for å indusere forsvarsresponser i tomatceller. Vårt endelige mål er å finne ut måter å bruke GLV-er for å kontrollere landbruksskadedyr for renere jordbruk.

Forsvarssystemer i planter

Planter bruker mange forsvarssystemer for å beskytte seg selv. De første forsvarslinje innebærer å oppdage mikrobielle inntrengere og tilstedeværelse av skade ved hjelp av skadeassosierte molekylære mønstre, eller DAMPs, som er molekyler frigjort av skadede eller døende celler.

Når en celle identifiserer en DAMP, utløser den en immunrespons og fremmer reparasjonsmekanismer. Det fører også til endringer i kalsiumionekonsentrasjon, ytterligere aktivering av immunrelaterte gener og proteiner. DAMPs også slå på proteiner vanlig i mange stresssignalveier som aktiverer andre forsvarsreaksjoner. Planter har flere forsvarsmidler.

Mange studier har vist at effekten av GLV er ligner DAMPS. Derfor ønsket teamet mitt og jeg å bevise om GLV-er også kan fungere som DAMP-er.

For å gjøre dette studerte vi hvilke proteiner som slås på eller av i tomatceller. Kjemisk endring av strukturen til et protein gjennom en prosess som kalles fosforylering slår den på eller av. Proteinfosforylering spiller en sentral rolle i å regulere et stort antall cellulære prosesser og involverer mange signaloverføringsveier. Studerer fosfoproteomet, eller alle proteinene som er fosforylert i ett system, av tomatceller kan hjelpe oss å sammenligne signalveiene til GLV-er og DAMP-er.

Vi fant at mange av proteinene involvert i flyktige signalveier for grønne blader var involvert i å regulere stress. Disse inkluderte mange komponenter av DAMP-signalveier, og støttet hypotesen vår om at GLV-er fungerer som DAMP-er for å aktivere forsvarsresponser.

Bruk av GLV i landbruket

Landbruk legger ofte et betydelig press på naturressurser og miljø. For eksempel kan bruk av konvensjonelle plantevernmidler føre til miljøforringelse og skadedyrresistens.

biopesticides øker i popularitet som et mindre giftig alternativ. Dette er naturlig forekommende organismer eller forbindelser som undertrykker vekst og spredning av skadedyr. For eksempel, flyktige organiske forbindelser fra planter er en type biopesticider som har vist seg å tillate redusert bruk av syntetiske insektmidler for å håndtere skadedyr i lagret matkorn.

Derfor kan GLV også være effektive biopesticider i oppdrett. En studie har vist at GLV-er kan tiltrekke seg en planteskadegjørere, den Apion miniatum bille, å mate på en invasiv og vanskelig å kontrollere ugress, Rumex confertus. I tillegg fant feltstudier på ville tobakksplanter at frigjøring av GLV kan tiltrekke seg fiender av planteetere. Tilstedeværelsen av disse planteetende konkurrentene kan ikke bare kontrollere skadeinsekter, men også øke produksjonen av infiserte planter.

Med videre forskning tror vi at GLV-er har potensial til å kontrollere skadedyr naturlig og støtte bærekraftig landbruk.

Sasimonthakan Tanarsuwongkul, Ph.D. Kandidat i biokjemi, University of South Carolina

Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.