Новое химическое соединение помогает растениям удерживать воду
Исследователи под руководством Калифорнийского университета в Риверсайде создали химическое соединение, которое помогает растениям удерживать воду. Это может уменьшить масштаб ежегодных потерь урожая из-за засухи и помочь фермерам выращивать пищу в условиях меняющегося климата.
«Засуха — это причина №1, наряду с наводнениями, ежегодной гибели урожаев во всем мире», — говорит ведущий исследователь, профессор клеточной биологии растений Шон Катлер. — «Это соединение — новый инструмент, который может помочь фермерам лучше контролировать состояние культур при низком уровне воды».
Подробности работы команды над новым, более эффективным антитранспирантом описаны в статье, опубликованной в журнале Science. Соединение получило название Opabactin (OP). «OP» — это игровой сленг, означающий «overpowered» (сверхмощный), отсылка к самому сильному персонажу или оружию в игре.
Более ранняя версия OP, созданная командой Катлера в 2013 году и названная Quinabactin, была первой в своем роде. Она имитирует действие абсцизовой кислоты (ABA) — естественного гормона, который растения вырабатывают в ответ на стресс от засухи. ABA замедляет рост растения, чтобы оно не потребляло больше воды, чем доступно, и не увядало.
«Ученым давно известно, что опрыскивание растений ABA может повысить их засухоустойчивость», — отмечает Катлер. — «Однако она слишком нестабильна и дорога, чтобы быть полезной для большинства фермеров».
Quinabactin казался жизнеспособной заменой природному гормону, и компании использовали его в качестве основы для множества дополнительных исследований, оформив более десятка патентов. Однако Quinabactin плохо работал на некоторых важных культурах, таких как пшеница — самой широко выращиваемой в мире продовольственной культуре.
Когда ABA связывается с рецепторной молекулой в клетке растения, она образует две прочные связи, как будто хватается за две ручки. Quinabactin хватался только за одну из этих «ручек».
Катлер и его коллабораторы провели поиск среди миллионов различных молекул, имитирующих гормон, которые могли бы захватить обе «ручки». Этот поиск в сочетании с химическим инжинирингом привел к созданию OP.
OP захватывает обе «ручки» и в 10 раз сильнее ABA, что делает его «супергормоном». И он действует быстро: в течение нескольких часов команда обнаружила измеримое улучшение в количестве воды, которую растения теряли.
Поскольку OP работает так быстро, он может дать аграриям больше гибкости в борьбе с засухой.
«Одно, что мы можем, а растения — нет, — это с разумной точностью предсказывать ближайшее будущее», — говорит Катлер. — «Если за две недели мы видим высокую вероятность засухи, у нас есть время принять решения — например, применить OP — которые могут повысить урожайность».
Первоначальное финансирование проекта было предоставлено агрохимической компанией Syngenta и Национальным научным фондом (NSF).
Сейчас команда Катлера пытается «ослабить» (nerf — игровой термин) свое открытие. Поскольку OP замедляет рост, команда хочет найти молекулу, которая будет его ускорять. Такая молекула могла бы быть полезной в контролируемых условиях и в закрытых теплицах, где осадки не являются решающим фактором.
«Бывают моменты, когда нужно ускорить рост, и моменты, когда нужно его замедлить», — заключает Катлер. — «Наше исследование как раз об управлении обеими этими потребностями».