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.
