Группа ученых под руководством Национального исследовательского совета Испании (CSIC) разработала новое соединение, которое помогает растениям лучше переносить засуху, превосходя по эффективности даже их собственные естественные гормоны. Кроме того, новая молекула позволяет предотвратить прорастание зерна в колосе пшеницы.ю Открытие является важной вехой в борьбе с последствиями изменения климата для сельского хозяйства.
Исследователи разработали молекулу, называемую инвертированным цианобактином (iCB), которая имитирует гормон устойчивости растений – абсцизовую кислоту (АБК). При опрыскивании листьев томатов растения проявляют устойчивость к сильной засухе, не нарушая восстановления фотосинтеза, тем самым сохраняя свою продуктивность. Результаты исследования были опубликованы в ведущем журнале по растениеводству Molecular Plant и запатентованы совместно с испанской компанией.
Наибольшая потеря воды растениями происходит через транспирацию в листьях. Чтобы адаптироваться к дефициту воды, растения сокращают эти потери, закрывая микроскопические поры в листьях, называемые устьицами. Этот процесс регулируется фитогормоном АБК. В данной работе исследователи CSIC разработали молекулу, называемую инвертированным цианобактином (iCB), которая имитирует действие АБК, активируя реакцию растений на стресс и контролируя транспирацию посредством прямого опрыскивания листьев.
Помимо снижения водопотребления, iCB защищает фотосинтетическую систему растений, тем самым улучшая их способность восстанавливаться после засухи, что связано с активацией многочисленных генов, связанных с выработкой защитных соединений.
«Эта молекула, помимо регуляции транспирации, также активирует экспрессию многочисленных генов, отвечающих за адаптацию к водному стрессу; например, генов, синтезирующих такие защитные молекулы, как пролин и раффиноза», — объясняет Педро Л. Родригес, научный сотрудник Института молекулярной и клеточной биологии растений (IBMCP, CSIC-UPV), который руководит работой совместно с Армандо Альбертом из Института физической химии им. Бласа Кабреры (IQF-CSIC).
Благодаря передовым методам молекулярного дизайна и рентгеноструктурного анализа, изначально разработанным для разработки лекарственных препаратов, исследователи создали молекулу, воздействующую на различные типы рецепторов АБК, обнаруженных во многих видах растений, включая Arabidopsis thaliana, широко используемый в исследованиях модельный организм, и томат. «Предварительные исследования на пшенице и винограде предполагают, что эта молекула может быть активна и в других культурных растениях», — поясняет Родригес.
Это соединение активирует все три подсемейства АБК-рецепторов, тем самым расширяя их чувствительность. Таким образом, оно может активировать АБК-опосредованные реакции в корнях растений, такие как рост в направлении к влаге (гидротропизм) и защита корней во время засухи. Кроме того, оно более эффективно, чем естественный гормон АБК, в тестах на всхожесть, что может способствовать предотвращению прорастания зерна в колосьях злаковых культур до уборки урожая – проблемы, характерной для влажных стран или стран с поздними дождями.
«Результаты впечатляют. Растения, обработанные препаратом для опрыскивания листьев, содержащим эту молекулу, способны выдерживать сильную засуху и восстанавливать фотосинтез после стресса», — говорит Армандо Альберт.
Пару лет назад эти два исследователя разработали ещё одну молекулу, iSB09, для обработки генетически модифицированных растений и защиты их от засухи. «Главное преимущество этой новой молекулы заключается в том, что она не требует генетической модификации обработанных растений, что делает её совместимой с традиционными сельскохозяйственными культурами и позволяет избежать нормативных и социальных барьеров, связанных с генетически модифицированными организмами», — отмечает Армандо Альберт.
Этот прорыв не только открывает перспективное решение для повышения урожайности сельскохозяйственных культур в районах, пострадавших от засухи, но и, в экстремальных случаях, «эта молекула позволит посевам выживать до восстановления орошения», – объясняют исследователи.
Молекула iCB защищена патентом, совместно принадлежащим испанской компании GalChimia, Национальному исследовательскому совету Испании (CSIC) и Политехническому университету Валенсии (UPV). Также ведется сотрудничество с другими исследовательскими группами Университета Сантьяго-де-Компостела и Тартуского университета (Эстония).
Источник: CSIC.