Флуоресцентный зонд идентифицировал «белок-будильник» в семенах злостного сорняка

Ученые использовали молекулярный подход для идентификации белка, ответственного за прорастание семян Striga (ведьмины плевелы), с помощью визуализации зеленой флуоресценции. Паразитическое растение Striga серьезно поражает миллионы гектаров посевных площадей в Африке, что представляет главную угрозу продовольственной безопасности. Однако точный механизм, как семена Striga обнаруживают растения-хозяева, до сих пор не был полностью ясен.

В новом исследовании, опубликованном в Science, химики и биологи из Института трансформативных биомолекул (ITbM) совместно разработали новую визуализирующую молекулу для изучения процесса прорастания Striga. Ожидается, что результаты ускорят исследования по контролю над этим сорняком и позволят спасти урожаи на миллиарды долларов США ежегодно.

Механизм паразитизма и проблема

Striga поражает такие культуры, как рис и кукуруза, прикрепляясь к их корням и лишая их питательных веществ и воды. Это приводит к потерям урожая на примерно 40 млн гектаров земли стоимостью более 10 млрд долларов США, затрагивая более 100 млн человек.

Известно, что Striga обнаруживает растения-хозяева по классу гормонов растений — строголактонам. Эти гормоны контролируют ветвление побегов и привлекают микоризные грибы. Растения увеличивают синтез строголактонов при нехватке питания, но эти же вещества запускают прорастание Striga, что усугубляет проблему.

Создание молекулы-зонда

Исследователь Юичиро Цутия предположил, что в Striga должен существовать белковый рецептор, способный обнаруживать следовые количества строголактона. В сотрудничестве с химиком Масахико Ёсимурой был разработан и синтезирован за два дня аналог строголактона — «Ёсимулактон (YLG)».

Молекула YLG спроектирована так, чтобы генерировать зеленую флуоресценцию при реакции и разложении белковыми рецепторами, обнаруживающими строголактоны в Striga.

Результаты и открытие

Обработка семян Striga YLG привела к их прорастанию и появлению зеленой флуоресценции.

• Исследования подтвердили, что семена Striga обладают рецепторами строголактона.
• Ученым удалось идентифицировать конкретные белки, ответственные за прорастание семян, с помощью наблюдения за флуоресценцией.

Анализ показал, что механизм паразитизма, вероятно, работает через начальное распознавание растения-хозяина по строголактонам, что впоследствии стимулирует рост корня Striga в его направлении.

Значение и перспективы

Проблема Striga усугубляется его стратегией выживания: мелкие семена (около 0.3 мм) разносятся ветром и могут десятилетиями оставаться в почве в состоянии покоя, пока не обнаружат хозяина.

Команда ITbM сейчас работает над созданием новых молекул для контроля прорастания Striga и предотвращения паразитизма на сельскохозяйственных культурах. Это открытие может стать ключом к решению проблемы продовольственной безопасности в пораженных регионах.