Изменение климата приводит к нехватке воды и повышению температуры. Как предотвратить серьезные потери урожая в этих сложных условиях? Международная исследовательская группа под руководством ученых из Университета Тохоку выявила новый класс малых молекул, которые повышают засухоустойчивость растений без существенного негативного воздействия на их рост.
Исследователи открыли малые молекулы NS5806 и UA49, которые блокируют калийные каналы в листьях растений, заставляя устьица закрываться и удерживать влагу. Это позволяет культурам переносить засуху без замедления роста корней или задержки прорастания семян — главных побочных эффектов классических растительных гормонов, применяемых в сельском хозяйстве.
Малые молекулы — это низкомолекулярные органические соединения с массой менее 900–1000 дальтон. Благодаря крошечному размеру они обладают уникальными свойствами: легко проникают сквозь клеточные мембраны; быстро и точечно связываются со специфическими белками-мишенями внутри клеток; стабильны, просты в синтезе и могут использоваться для создания опрыскивателей или подкормок.
Открытие было сделано международной группой под руководством профессора Нобуюки Уодзуми с помощью передовых методов химической биологии. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Когда растения испытывают засуху, они синтезируют ключевой фитогормон, называемый абсцизовой кислотой (АБК). АБК дает растениям команду закрыть устьица (подобные порам), чтобы уменьшить потерю воды. Хотя этот защитный механизм помогает сохранять воду, АБК также опосредует нежелательные реакции, такие как спячка семян и замедление роста.
«Мы хотим, чтобы растения экономили воду для повышения выживаемости, но мы не хотим, чтобы они внезапно перестали расти. Для достижения этого идеального результата мы разработали стратегию выявления соединений, которые ингибируют молекулы, способствующие открытию устьиц», — объясняет Нобуюки Уодзуми (Университет Тохоку).
Ученые искали химические вещества, способные ингибировать (блокировать) ионный канал KAT1. Этот канал отвечает за перенос ионов калия в замыкающие клетки устьиц (пор на поверхности листьев), что заставляет их открываться для газообмена, из-за чего растение теряет воду.
Для выявления ингибиторов KAT1 исследователи провели электрофизиологический химический скрининг и идентифицировали небольшую молекулу NS5806.
Затем они синтезировали ее производное, UA49, модифицировав его химическую структуру. Соединения протестировали на лабораторных срезах листьев и на модельном растении резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana). Опрыскивание этими веществами вызвало быстрое закрытие устьиц и значительно повысило выживаемость растений в условиях жесткого дефицита воды.
Более того, внекорневое применение NS5806 или UA49 повышало засухоустойчивость растений. Важно отметить, что, в отличие от АБК, ни одно из этих соединений не вызывало нежелательных побочных эффектов, таких как задержка прорастания семян или подавление роста корней, что подчеркивает их потенциал для применения в сельском хозяйстве в качестве биостимуляторов.
АБК токсична в больших дозах: она тормозит рост корней, замедляет развитие и не дает семенам прорасти. Открытые молекулы работают принципиально иначе. Блокируя канал KAT1, они запускают цепочку сигналов через приток ионов кальция (Ca 2+). Этот путь изолирован от гормонального ответа АБК, благодаря чему устьица закрываются, удерживая воду, но само растение продолжает нормально развиваться без ущерба для будущего урожая
Поскольку изменение климата приводит к тому, что экстремальные засухи становятся все более распространенными во всем мире, дальнейшие исследования в этой области имеют решающее значение для обеспечения того, чтобы запасы продовольствия не истощились.
Источник: Tohoku University.
На фото: устойчивость к засухе, индуцированная NS5806/UA49. После опрыскивания NS5806/UA49 растения подвергались засухе (прекращение полива), и оценивалось их восстановление после повторного полива. Источник: Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-75894-w