Аналог стрессового гормона действует дольше и помогает растениям сохранять в засуху больше воды, чем натуральный гормон.
Растения справляются со стрессами с помощью абсцизовой кислоты. Это гормон с довольно широкими полномочиями: абсцизовая кислота управляет устьицами, через которые происходит газообмен, помогает сбросить листья осенью, регулирует прорастание семян и пр. Когда растению слишком холодно, или в почве оказывается слишком много соли или слишком мало влаги, уровень абсцизовой кислоты повышается. Особенно важна её роль при засухе, когда она одновременно закрывает устьица, чтобы растение не теряло воду, и стимулирует всасывание влаги корнями.
Как и для всякого гормона, для абсцизовой кислоты нужны свои рецепторы на клетках, иначе она просто не подействует. Если знать строение этих рецепторов, можно подобрать какое-нибудь вещество, которое будет давать более сильный эффект, чем сама абсцизовая кислота. Несколько лет назад исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде предложили использовать в качестве такого гормонального аналога вещество квинабактин, который повышал засухоустойчивость у арабидопсиса (обычного модельного объекта в «растительных» экспериментах) и сои. Но когда квинабактин начали испытывать на разных других сельскохозяйственных культурах, оказалось, что он не так уж и эффективен.
Поиски продолжились. Из химической библиотеки в 18 млн соединений с помощью компьютерных алгоритмов удалось выделить около 10 тысяч молекул-кандидатов, которые могли бы связываться с рецепторами абсцизовой кислоты подобно самой кислоте. Потом из 10 тысяч осталось 1724 вещества, которые стали проверять уже в экспериментах с настоящими рецепторами; у самых-самых перспективных молекул ещё и оптимизировали структуру для большего эффекта.
В статье в Science описан результат всех этих трудов – вещество опабактин, выигрывающий как у абсцизовой кислоты, так и у предшественника квинабактина. Растения арабидопсиса, пшеницы и томата после обработки опабактином теряли меньше воды, чем после квинабактина и абсцизовой кислоты, и по сравнению с абсцизовой кислотой, которая действовала 2–3 дня, опабактин работал дольше – как минимум 5 дней. Кроме того, он действовал на все растения, тогда как квинабактин не работал на томатах, а его эффект на пшенице длился в лучшем случае двое суток. Авторы работы особо подчёркивают, что новое вещество работает не только на модельных растениях: проростки пшеницы, которые росли в засуху, с опабактином увядали не так быстро и удерживали больше хлорофилла, чем проростки без опабактиновой обработки.
Возможно, с этим лекарством от засухи удастся значительно повысить урожайность сельскохозяйственных культур в засушливых районах. Однако прежде чем начинать производство опабактина для нужд фермеров и агрофирм, нужно ещё проверить его на настоящих фермерских полях, где опабактину придётся работать с разными сортами растений. Вплоть до генетически модифицированных, и взаимодействовать с фунгицидами, инсектицидами и другими подобными веществами.
Автор: Кирилл Стасевич