Rośliny na chemicznej wojnie

Rośliny mają bogate życie wewnętrzne – podlegają stresom i dzielą się ze sobą trudnymi przeżyciami. Oczywiście w wymiarze czysto chemicznym. Być może w przyszłości ten mechanizm będzie można wykorzystać do produkcji naturalnych środków ochrony upraw przed szkodnikami i chwastami.

Rośliny prowadzą ze sobą molekularny dialog, produkując i wydzielając różne metabolity. Często są to substancje o właściwościach toksycznych, a ich celem jest wyeliminowanie sąsiada z otoczenia. Taka wojna chemiczna to allelopatia. W innym przypadku jej ofiarami mogą być bakterie, owady, a nawet ptaki i ssaki.

Jednym z efektów działania stresu u roślin są reaktywne formy tlenu. Okazuje się, że mają one zdolność do modyfikowania białek. Ich wpływ na rośliny bada Paweł Staszek ze Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie. Pod lupę bierze on toksyczną L-kanawaninę, niebiałkowy aminokwas szczególnie zjadliwie działający na owady. Trucizna znajduje się w nasionach roślin bobowatych, zwanych też motylkowatymi, na przykład w lucernie. Jej obecność może chronić nasiona przed zjedzeniem przez szkodnika, a po uwolnieniu się do środowiska może działać toksycznie na sąsiadujące rośliny. Może zagrażać ludziom, którzy skuszą się na kiełki lucerny. Jednak dla rośliny macierzystej jest on korzystny, jako dobry sposób magazynowania azotu.

– Reaktywne formy tlenu i azotu świadczą o tym, że w organizmie zachodzi stres oksydacyjny. Jest on potrzebny, żeby roślina mogła obronić się na przykład przed skutkami suszy – tłumaczy w rozmowie z PAP Paweł Staszek – doktorant w Katedrze Fizjologii Roślin na Wydziale Rolnictwa i Biologii SGGW.

– W reakcjach oddychania tlenowego czy fotosyntezy w organizmie roślinnym powstaje nie w pełni zredukowany tlen. Te cząsteczki są reaktywne i mają dwojaką funkcję. Po pierwsze są to cząsteczki sygnałowe, które wywołują odpowiednie reakcje u roślin. Na przykład w reakcji na stres suszy roślina zamyka aparaty szparkowe, dzięki temu nie traci przez nie wody. W innym wypadku może dojść do wybuchu tlenowego, czyli do nadprodukcji reaktywnych form tlenu, np. w kontakcie roślina-patogen. Służy to zatrzymaniu czy zabiciu biologicznego wroga – mówi Paweł Staszek.

Jednak stres może spowodować nadprodukcję reaktywnych form tlenu w organizmie. Jest ich wtedy za dużo i dochodzi do uszkodzeń elementów komórek i biomolekuł. Reaktywne formy tlenu mogą oddziaływać z lipidami, co może prowadzić do uszkodzenia błon komórkowych. Jeszcze poważniejsze problemy pojawiają się wtedy, kiedy reagują z kwasami nukleinowymi. Wówczas dochodzi do uszkodzeń DNA, co może prowadzić do problemów z rozmnażaniem się roślin.

Badacza najbardziej jednak interesuje fakt, że owe reaktywne formy tlenu potrafią modyfikować białka. – Są to białka utlenione, najczęściej tracą one swoją funkcję i przestają być biologicznie aktywne. W przypadku roślin nie ma możliwości naprawy tych białek, czyli kierowane są one do degradacji. W dojrzewaniu nasion takie utlenienie jest pozytywne – tłumaczy Paweł Staszek.

Jak dodaje, powstające reaktywne formy tlenu są bardzo nietrwałe więc trudno jest zmierzyć, czy zwiększyła się ich ilość i wystąpił stres oksydacyjny. Dobrym markerem, czyli wskaźnikiem zmian, jest karbonylacja białek.

W swoim laboratorium rozmówca PAP bada L-kanawaninę produkowaną przez rośliny. Jest to aminokwas toksyczny dla wielu organizmów, od bakterii po ssaki, szczególnie dla owadów (interakcje roślina/szkodnik). Naukowcy jeszcze nie wiedzą, jak działa on na organizm roślinny. Można przypuszczać, że ten aminokwas jest włączany w białka zamiast podobnego aminokwasu białkowego. Lepsze poznanie mechanizmów toksyczności pozwoli w przyszłości na opracowanie naturalnych środków ochrony roślin.

Fitotoksyny mogą być w przyszłości używane jako naturalne herbicydy do zwalczania chwastów. Jak zastrzega Paweł Staszek, do zastosowań jest jeszcze daleko, bowiem są to substancje nietrwałe, łatwo rozkładane przez mikroflorę glebową. Badacz przekonuje jednak, że warto już teraz badać, jakie mechanizmy biologiczne odpowiadają za trujące właściwości roślin, bowiem przed wprowadzeniem czegokolwiek do ekosystemu, należy dokładnie poznać mechanizm działania związków chemicznych.

 

 

Źródło: PAP – Nauka w Polsce, Karolina Duszczyk, fot. Free-Photos/Pixabay