Лекарство, которое способно защитить растения от засухи: новое исследование

Согласно исследованию, опубликованному 24 октября в журнале Science, небольшая молекула под названием опабактин нацеливается на рецептор гормона абсцизовой кислоты (ABA), который растения выделяют в стрессовых условиях, при этом ограничивает потерю воды у арабидопсиса, томата и пшеницы и улучшает устойчивость пшеницы к засухоподобным условиям в лаборатории.

Авторы говорят, что это может быть новая стратегия, помогающая посевам справляться с растущим числом засух, которые, как предполагают исследователи, будут возникать по мере изменения климата, но, перед использованием в полевых испытаниях это способ должен быть проверен на токсичность и воздействие на окружающую среду.

"Исследование является прекрасным представлением о том, насколько мощной может быть взаимосвязь между химией и биологией и как ее можно использовать для изучения эффективности использования воды на растениях, что является важной темой в современном глобальном климате", - пишет в электронном письме Кара Гриффитс, ботаник из Rothamsted Research в Великобритании, которая не принимала участия в работе.

• "Нам нужна вся помощь, которую мы можем получить в борьбе с ограничениями наших нынешних сортов сельскохозяйственных культур, и такие исследования открывают много дверей."

Около 10 лет назад команда под руководством Шона Катлера, ботаника в Университете Калифорнии в Риверсайде, вместе с другой независимой группой открыли семейство рецепторов, которые связывает ABA, чтобы помочь растениям справиться со стрессами, такими как холод или недостаток воды.

В 2013 году Катлер и его коллеги описали небольшую молекулу хинабактин, которая воздействует на эти рецепторы и способствует устойчивости к засухе у арабидопсиса и сои.

• С тех пор исследователи оценили эффективность хинабактина в других культурах, включая томат и пшеницу, которые являются основными продовольственными культурами во всем мире.

«Мы охарактеризовали его (хинабактин) и увидели, что он хорош в некоторых культурах, но не так хорош в других», - говорит Катлер. В текущем исследовании его группа намеревалась найти альтернативу, которая была бы успешна в томате и пшенице.

• Во-первых, они сузили библиотеку из 18 миллионов молекул до примерно 10 000 кандидатов, предсказываемых компьютерным программным обеспечением для взаимодействия с рецептором ABA способом, аналогичным тому, как это делает сама ABA.

• Затем исследователи провели скрининг 1724 препаратов в тесте взаимодействия рецепторов in vitro. Наконец, они подвергли самое активное соединение двум циклам оптимизации, основанным на структуре рецептора ABA.

Результатом стал опабактин, который команда использовала для лечения арабидопсиса, пшеницы и саженцев томатов.

По сравнению с обработкой гормоном АБК или хинабактином растения, обработанные опабактином, теряли меньше воды через листья и стебли, и действие препарата сохранялось в течение пяти дней эксперимента, в то время как реакция АБК продолжалась всего два-три дня. Хинабактин показал худшие результаты, едва воздействуя на томаты и продолжительностью менее 48 часов в пшенице.

В другой серии испытаний, разработанных для проверки того, насколько хорошо опабактин обеспечивает устойчивость к засухе, исследователи лишали проростки пшеницы воды на три дня. Растения, опрыскиваемые опабактином, перед тем как подвергнуться стрессу, увядают позже, а также накапливают больше хлорофилла, чем контрольно - обработанные особи.

• "Это соединение, которое работает не только на экспериментальной установке, но и на очень важных сельскохозяйственных культурах», - говорит Карстен Мельхер, структурный биолог из Института Ван Андела, который не принимал участия в исследовании. «Также удивительно, что их ответ довольно устойчив"

Мельхер добавляет, что химический подход, такой как обработка опабактином, имеет ключевое преимущество по сравнению с генно - инженерными растениями в плане устойчивости к засухе: «Если люди узнают из прогноза погоды, что наступает засуха, они могут начать опрыскивать свои растения», - говорит он. «Они не должны делать это в долгосрочной перспективе».

• "Но разработка малых молекул для вмешательства в рост растений для максимизации урожайности - это новая областью исследований, особенно в сравнении с работой по созданию новых фунгицидов, инсектицидов и гербицидов, - предупреждает Катлер и эффективность опабактина за пределами лаборатории еще предстоит проверить".

«Препарат может быть действительно успешным, или это может закончиться тем, что фермеры абсолютно не будут его использовать”, - говорит он.

"Мы думаем, что опабактин изменит устойчивость к засухе и водопотреблению, но это не стопроцентная гарантия, так как необходимы дополнительные работы в этой области" - добавил Катлер.