Ученые разрабатывают средство для растений против засухи

Изменение климата приведет к усилению засух, которые угрожают посевам. Одним из потенциальных способов защиты сельскохозяйственных культур является опрыскивание их составом, который делает растения более устойчивыми к засухе. Теперь, определив ключевой молекулярный механизм, который позволяет растению минимизировать потери воды, исследователи могут быть на один шаг ближе к этой цели.

В условиях засухи растения могут обеспечить себе естественную защиту. Они производят гормон, называемый абсцизовой кислотой, или ABA (англ.), который связывается с белком, называемым рецептором PYL, запуская цепь реакций, которая в конечном итоге закрывает поры растения на его листьях (устьица), чтобы не позволять воде испаряться. Потеря воды с растений отсутствует или незначительна, они сохраняют водные ресурсы и выживают в течение более длительных периодов времени. Ключ к разгадке — это гормон ABA. Из-за своей небольшой стабильности и молекулярной сложности, ABA нельзя распылять непосредственно в полях.

Но знания о том, как работает ABA, были неизвестны ранее. Экспериментальные методы, такие как дифракция рентгеновских лучей, могут делать снимки гормона до и после связывания с рецептором PYL, но они не могут во время этого процесса. Поэтому Шукла и его коллеги обратились к суперкомпьютерам.

Используя молекулярно-динамическое моделирование, исследователи впервые раскрыли молекулярные детали того, как ABA связывается с рецептором PYL. Моделирование показывает, кадр за кадром, как и где гормон связывается с белком и заставляет его менять форму, что позволяет ему активировать следующий белок в последовательности, которая в конечном итоге позволяет растению закрыть свои поры.

Исследователи моделировали только два специфических типа рецепторов PYL. Тем не менее их результаты широко применимы, потому что структура рецепторов PYL очень схожа для всех видов. Для рецепторов PYL, кристаллические структуры которых известны, их связывающий карман — часть белка, который связывается с ABA — одинаков. Структура, окружающая карман, также похожа. Такое сходство означает, что один и тот же механизм связывания, вероятно, имеет место во всех растениях.

Хотя исследователи, возможно, все еще захотят подтвердить этот механизм на других растениях, таких как рис, чья структура рецептора PYL известна, создание имитации ABA теперь может начаться. Исследователи должны провести строгие вычислительные и генетические исследования, чтобы идентифицировать такое соединение. Цель состоит в том, чтобы найти соединение, которое может работать на всех видах, не прибегая к генной инженерии. Но, вероятно, пройдет не менее десяти лет, прежде чем какой-либо продукт появится на рынке.

Фото: ru. sott.net