Выращивание засухоустойчивых культур становится ближе
Международная группа учёных под руководством исследователей из Медицинского колледжа Висконсина (Милуоки) использовала методы структурной биологии, чтобы понять, как синтетическое химическое вещество пирабактин имитирует действие абсцизовой кислоты (ABA) — ключевого гормона стресса, помогающего растениям справляться с неблагоприятными условиями, такими как засуха. Результаты опубликованы онлайн в журнале Nature Structural & Molecular Biology перед печатной публикацией.
Учёные давно ищут практические способы использовать сигнализацию ABA для повышения засухоустойчивости в сельском хозяйстве. Однако синтетическая форма ABA, используемая в коммерции, светочувствительна и дорога. Новое исследование основано на более раннем открытии учёных из Калифорнийского университета в Риверсайде пирабактина — синтетического химического вещества, имитирующего ABA. Однако, в отличие от ABA, пирабактин активирует лишь несколько из 14 рецепторов ABA в растении, необходимых для эффективной устойчивости к засухе.
«Лучше понимая, как работает пирабактин, мы можем разрабатывать новые химические вещества, чтобы растения могли противостоять засухе. Эти же вещества, сигнализирующие о реакции на засуху, могут также способствовать увеличению урожайности», — говорит ведущий автор Фрэнсис Петерсон, доктор философии, доцент кафедры биохимии Медицинского колледжа.
Рецептор ABA — это белок, функционирующий как молекулярный переключатель внутри клетки. Когда молекула ABA встраивается в полость внутри рецептора, она посылает сигнал, изменяя структуру белка способом, напоминающим закрытие ворот. Чтобы определить конкретные атомы, необходимые для закрытия «ворот» под действием ABA или пирабактина, доктор Петерсон использовал рентгеноструктурный анализ для определения трёхмерных структур нескольких рецепторных белков. По изменению положения всего нескольких атомов исследовательская группа обнаружила, почему пирабактин может закрывать «ворота» у одних рецепторов, но не у других.
«Эти данные предлагают новые стратегии для модификации пирабактина и родственных соединений, чтобы они могли имитировать процесс сигнализации естественной ABA. Эта работа проложила путь для создания новых молекул, активирующих рецепторы», — сказал Шон Катлер, доктор философии, доцент кафедры биологии растительных клеток в UC Riverside.
«Текущее исследование — важный шаг на пути к тому, что, вероятно, станет следующим большим результатом: химическому веществу, имитирующему ABA, которое можно будет применять к кукурузе, соевым бобам и другим культурам», — пояснил доктор Петерсон.
Исследование поддержано грантом NIH на структурную геномику в лаборатории Волкмана в Медицинском колледже и грантом Национального научного фонда (NSF) на вклад Катлера в исследование.