Нова теорія імунітету: рослина як система з чотирма домінантами – SA, JA/ET, ABA та TOR

Абіотичні стреси знижують урожайність більше ніж на 60% — це головний невидимий ворог агровиробництва.

Українські вчені представили першу повну інтегративну теорію імунітету рослин, яка об’єднує механізми захисту від патогенів, регуляцію стійкості до стресів та контроль ростових процесів у єдину функціональну систему. Над розробкою працювала команда у складі С. Хаблака, Л. Бондаревої, М. Долі, В. Шпичака, Т. Лихолат, Т. Скляр та Ю. Лихолат. Це перше наукове узагальнення, здатне пояснити, як рослина переходить між різними фізіологічними станами — ростовим, імунним та стресовим — і як цими перемиканнями можна керувати у сучасних агротехнологіях.

Досі наукові уявлення про імунітет рослин залишалися фрагментарними. Окремо розглядалися абіотичні стреси, інфекційні загрози, гормональні модулі SA, JA/ET, ABA та TOR, робота ROS- і NO-сигналів, вуглецево-азотний обмін, мікробіом, епігенетичні механізми. Жодна модель не пояснювала, як ці процеси взаємодіють між собою всередині однієї клітини та на рівні організму. Нова українська теорія вперше інтегрувала всі ці рівні у єдиний “імунно-метаболічний континуум” рослини. Це дозволило пояснити механізми, які десятиліттями залишалися незрозумілими, а також створило підґрунтя для розробки принципово нових антистресових і імунних технологій.

Вчені наголошують, що головний “невидимий” ворог урожайності — це саме абіотичні фактори. За даними FAO, від 60 до 70% втрат урожаю спричинені посухою, холодом, перегрівом, засоленням, порушенням кислотності ґрунтів та оксидативними дисбалансами. На біотичні чинники — грибні, бактеріальні й вірусні інфекції — припадає лише 30–40 % втрат. Попри це, більшість існуючих агротехнологій орієнтовані саме на другу частину проблеми, тоді як основний удар по врожаю відбувається до появи інфекції, на етапі дестабілізації метаболізму рослини.

Водночас фунгіциди, які традиційно вважають основним інструментом захисту, не впливають на імунітет рослини. Вони не активують системну резистентність, не відновлюють клітинний метаболізм і не здатні регулювати ключові сигнальні шляхи, зокрема ABA, TOR, ROS/NO та автофагію. Фунгіцид ефективний лише тоді, коли рослина вже зазнала значних стресових ушкоджень і її імунна система працює на межі можливостей та відбувається зараження біотичними патогенами.

Не менш важливою проблемою є те, що до 90% біостимуляторів та антистресантів створюються “всліпу”, без глибокої молекулярної моделі. Більшість таких препаратів розроблені емпірично, а виробники рідко описують, які саме сигнальні каскади вони запускають та як впливають на баланс між ростовими і стресовими процесами. У результаті ефективність багатьох продуктів є нестабільною, а реакції рослин — непередбачуваними.

Особливо гостро науковці окреслили відставання ринку від сучасних знань про ABA-опосередковану стійкість, TOR-залежний контроль росту та ROS-сигналізацію. У світовій агрохімії практично немає препаратів, які здатні регулювати TOR-шлях, забезпечувати коректний ABA-праймінг, стабілізувати ROS-гомеостаз у клітинних органелах або підвищувати стійкість до засолення через роботу Na⁺/H⁺-транспортерів. Значна частина продуктів на ринку базується на технологіях ще 1990-х років і не відповідає новим кліматичним викликам.

Запропонована модель імунітету описує рослину як динамічну систему з чотирма ключовими домінантами. SA-домінанта відповідає за захист від біотрофних патогенів, бактерій та вірусів. JA/ET-домінанта забезпечує стійкість до некротрофів і комах. ABA-домінанта є центральним режимом виживання і регулює адаптацію до посухи, холоду, токсичності солей, оксидативного та осмотичного стресу, включаючи SnRK2- і SnRK1-сигналізацію, автофагію, антиоксидантні системи та епігенетичну пам’ять. TOR-домінанта контролює ріст, біосинтез і діяльність меристем та виступає основним перемикачем між ростом і стресовою відповіддю. Ці стани взаємодіють між собою залежно від енергетичного балансу, співвідношення вуглецю та азоту, рівнів ROS і NO, мобільних РНК та сигналів корисного мікробіому PGPR і AMF.

Важливе місце в новій теорії займає роль абсцизової кислоти (ABA). Дослідники показали, що саме ABA формує повний цикл адаптації: від сенсингу стресу через рецептори PYR/PYL/RCAR та ферменти NCED, через сигнальні каскади SnRK2, Ca²⁺, ROS і NO, до ефекторних механізмів — синтезу LEA-білків, антиоксидантів, активації автофагії та формування довготривалої стресової пам’яті за участі модифікацій хроматину, малих РНК і метилювання ДНК. Це відкриває шлях до створення сортів і технологій, здатних адаптуватися до повторюваних кліматичних стресів.

Практичні перспективи нової теорії є надзвичайно широкими. Вона створює наукову основу для селекції високотолерантних сортів на базі генів NCED3, PYL4, SnRK2.6, для виробництва нових біопрепаратів, що активують ключові модулі стресостійкості, а також для розробки технологій stress-priming у польових умовах. Значно розширюються можливості застосування PGPR- і AMF-мікробних інокулянтів та точного землеробства, яке враховує гормональні та сигнальні стани рослин. За оцінками FAO, щорічні втрати врожаю від абіотичних стресів перевищують 99 млрд доларів, і саме тому ринок антистресових рішень демонструє стрімке зростання: з 4,5 млрд доларів у 2025 році до прогнозованих 7,8 млрд доларів у 2030-му.

Робота українських науковців стала першим комплексним об’єднанням імунних, метаболічних, гормональних та епігенетичних механізмів рослинної стійкості. Вона закладає науковий фундамент для нової генерації агротехнологій і фактично формує нову українську школу рослинного імунітету. Презентована теорія пропонує сучасну філософію розуміння стресостійкості, відкриває шлях до точнішого прогнозування врожайності та дає можливість створювати технології, здатні відповідати кліматичним викликам майбутнього.

Відповідь клітини на зміни навколишнього середовища.