Однократное опрыскивание растений фрагментами их собственной ДНК может активировать иммунитет против насекомых, грибков и бактерий, а также значительно увеличить урожайность. К такому выводу пришли мексиканские ученые по итогам исследования обыкновенной фасоли (Phaseolus vulgaris), которое проходило в теплицах и в открытом грунте в штате Гуанахуато.
Исследование подтвердило, что внеклеточная «своя» ДНК работает как природный иммуностимулятор. Растение воспринимает появление фрагментов собственного генетического материала во внешней среде как сигнал о сильном повреждении тканей и запускает защитные механизмы. В ходе эксперимента обработка молодых растений фасоли их ДНК позволила увеличить сбор семян в 1,5 раза в дождливый сезон и в 3,2 раза в засушливый. При этом на протяжении всего цикла роста пестициды не применяли.
Ученые отследили реакцию двух ключевых защитных гормонов – жасмоновой и салициловой кислот. Выработка жасмоновой кислоты, которая защищает от насекомых-вредителей, начиналась только в ответ на ДНК самой фасоли. В то же время салициловая кислота, отвечающая за борьбу с патогенами, активировалась от ДНК любого из использованных в эксперименте растений, включая родственные и более дальние виды.
Такая двойная реакция обеспечила комплексную защиту. Обработка «своей» ДНК сократила повреждения листьев гусеницами совки с 7% до 0,3%. Одновременно и «своя», и «чужая» ДНК подавляли развитие двух видов грибков и четырех штаммов бактерий. Примечательно, что метод одновременно стимулировал оба защитных пути, которые в растениях обычно подавляют друг друга. Это позволило добиться устойчивости и к вредителям, и к патогенам без видимых издержек для растения.
Результаты исследования открывают перспективы для создания нового класса биологических средств защиты. Технология может стать доступной и локально производимой альтернативой пестицидам для мелких фермеров в Африке и Латинской Америке. Для этих регионов фасоль – одна из ключевых культур, которая обеспечивает до 15% суточной нормы калорий и до 36% белка для более чем полумиллиарда человек. Механизмы, с помощью которых растение распознает собственную ДНК, еще предстоит изучить.