Wood Spirit, ένα σήμα συναγερμού για φυτά υπό επίθεση

Υπάρχει ένα φυτοπροστατευτικό πνεύμα που φυσά στον αέρα. Αν εισπνεύσετε προσεκτικά τώρα θα μυρίσετε… πνεύμα ξύλου! Από καιρό πιστεύεται ότι είναι ένα απλό υποπροϊόν της αποικοδόμησης ενός φυτικού κυτταρικού τοιχώματος, τα νέα αποτελέσματα δείχνουν ότι η μεθανόλη είναι ένα σήμα που λέει στα γύρω φυτά να ενεργοποιήσουν την άμυνά τους έναντι παθογόνων και αρπακτικών.

Η μεθανόλη είναι η απλούστερη από τις αλκοόλες (Εικόνα 1), που παλαιότερα ονομαζόταν απόσταγμα ξύλου επειδή λαμβανόταν με απόσταξη ξύλου. Πολλές χημικές συνθέσεις χρησιμοποιούν μεθανόλη και τα παράγωγά της χρησιμοποιούνται ευρέως στην παραγωγή πολλών προϊόντων βαφής, ρητινών, φαρμακευτικών προϊόντων και συνθετικών αρωμάτων. Πολύ πρόσφατα, αποδείχθηκε ότι ο ιστός των φύλλων των ανθοφόρων φυτών παράγει τόσο σημαντικές ποσότητες μεθανόλης που θεωρείται πλέον ως μία από τις πιο σημαντικές οργανικές ενώσεις στην ατμόσφαιρα.

Η μεθανόλη θεωρήθηκε από καιρό ως υποπροϊόν της αντίδρασης ενός φυτού σε μηχανικούς τραυματισμούς ή άλλες καταπονήσεις που βλάπτουν το κυτταρικό τοίχωμα. Πράγματι, η πηγή του μεταβολικού σχηματισμού μεθανόλης στα φυτά είναι η απομεθυλίωση των πηκτινών του κυτταρικού τοιχώματος από μεθυλεστεράσες πηκτίνης (PMEs). Ωστόσο, πρόσφατα αποδείχθηκε ότι η αέρια μεθανόλη που εκπέμπεται από ένα τραυματισμένο φυτό προκαλεί αμυντικές αντιδράσεις, όχι μόνο στα άθικτα φύλλα του αλλά και στα γειτονικά φυτά.

Προκειμένου να προσδιορίσουμε τους μοριακούς μηχανισμούς που διέπουν τις άμυνες των φυτών που προκαλούνται από μεθανόλη, μελετήσαμε τις πρώιμες αποκρίσεις των φυτικών κυττάρων στην εξωγενώς παρεχόμενη μεθανόλη που εφαρμόζεται ως υγρή ή πτητική. Παρατηρήσαμε ότι η μεθανόλη προκαλεί διάφορα γνωστά συμβάντα σηματοδότησης που σχετίζονται με την άμυνα των φυτών, όπως οι παραλλαγές του κυτταροπλασματικού Ca, η δημιουργία δραστικών ειδών οξυγόνου (ROS) και οι ροές ιόντων μέσω της μεμβράνης των φυτικών κυττάρων (Εικόνα 2). Επιπλέον, δείξαμε ότι στον καπνό, το Arabidopsis και τον ηλίανθο, η μεθανόλη προκαλεί τη σύνθεση αιθυλενίου (C₂ H₄ ), μια από τις σημαντικότερες πτητικές φυτικές ορμόνες. Η επαγόμενη από μεθανόλη σύνθεση αιθυλενίου εξαρτάται από τα γνωστά συμβάντα σηματοδότησης που προκαλούνται από την επεξεργασία μεθανόλης.

Είναι εντυπωσιακό ότι το αιθυλένιο είναι επίσης ένα πτητικό που εμπλέκεται στην άμυνα των φυτών. Στη δεκαετία του 1990 στη Νότια Αφρική, αποδείχθηκε ότι η ακακία μπορούσε να προειδοποιήσει τους συγγενείς της μέσω αιθυλενίου. Αναγνωρίζοντας μια επίθεση δαγκώματος ή τεμαχισμού, το φύλλο ακακίας απελευθερώνει αιθυλένιο, το οποίο ακτινοβολεί σε ακτίνα 6 μέτρων. Αυτό το αέριο ερέθισμα επιτρέπει στις γειτονικές ακακίες να αρχίσουν να παράγουν τανίνες ακόμη και πριν την άφιξη του παρασίτου, της αντιλόπης kudu, εξοικονομώντας τους πολύτιμο χρόνο. Οι αυξανόμενες ποσότητες τανινών καθιστούν τις ακακίες όλο και πιο τοξικές, μέχρι δόσεις που είναι θανατηφόρες για τα ζώα που περιηγούνται.

Επομένως, η μεθανόλη δεν είναι μόνο υποπροϊόν των δραστηριοτήτων PME. Η μελέτη μας δείχνει ότι συμμετέχει μαζί με το αιθυλένιο σε ένα πτητικό δίκτυο επικοινωνίας, επιτρέποντας στα φυτά να αμυνθούν από παθογόνα και αρπακτικά. Επιπλέον, δεν έχει διαφύγει της προσοχής μας ότι η μεθανόλη χρησιμοποιείται ως διαλύτης φαρμάκων σε ένα ευρύ φάσμα πειραμάτων σε φυτά. Τα αποτελέσματά μας εγείρουν το ερώτημα εάν, ανάλογα με τη δόση που χρησιμοποιείται, ορισμένες από τις επιδράσεις που ανιχνεύθηκαν σε αυτές τις προηγούμενες μελέτες οφείλονται στο φάρμακο που εφαρμόζεται ή στο διαλύτη.

Αναφορά:

1. Daniel Tran, Aurélien Dauphin, Patrice Meimoun, Takashi Kadono, Hieu TH Nguyen, Delphine Arbelet-Bonnin, Tingting Zhao, Rafik Errakhi, Arnaud Lehner, Tomonori Kawano, François Bouteau. Η μεθανόλη προκαλεί παραλλαγές ασβεστίου στο κυτοσολικό, αποπόλωση της μεμβράνης και παραγωγή αιθυλενίου στο arabidopsis και στον καπνό. Annals of Botany, Volume 122, Issue 5, 3 November 2018, Pages 849–860, https://academic.oup.com/aob/article/122/5/849/4944430