Обнаружен белок, участвующий в реакции кукурузы на водный стресс
Исследователи из Центра геномики для изучения изменения климата (GCCRC) при Университете Кампинаса (UNICAMP) в Бразилии обнаружили белок, участвующий в устойчивости кукурузы к засухе, высоким температурам и грибковому заражению.
Это открытие прокладывает путь к созданию более засухоустойчивых растений и продуктов, снижающих потери урожая, в то время как глобальное изменение климата угрожает урожайности во всем мире. Статья об исследовании опубликована в BMC Plant Biology.
Исследователи назвали новый белок drought-responsive inactive kinase 1 (DRIK1). Они также нашли синтетическую молекулу, которая связывается с DRIK1. В будущем её можно использовать для выведения растений с естественно сниженной активностью белка или для разработки продуктов, его ингибирующих.
"В нормальных условиях белок контролирует механизмы развития растения и ингибирует гены ответа на стресс. В засушливую погоду или при атаке патогенов уровень белка снижается, и запускается необходимый ответ для контроля последствий водного, теплового стресса или атаки патогенов", — пояснил профессор Пауло Арруда, руководитель проекта в GCCRC.
Для идентификации молекулы, связывающейся с белком, использовалась платформа Центра медицинской химии UNICAMP (CQMED), предназначенная для поиска молекулярных мишеней для лекарств.
"Платформа CQMED может искать в библиотеках малые молекулы, ингибирующие специфические белки. Мы использовали её, чтобы идентифицировать молекулу, связывающуюся с белковой киназой растения, и теперь можем изучать функцию механизма ответа на водный стресс, в котором она задействована", — отметил Арруда.
Учёные просканировали библиотеку из 378 соединений и выявили синтетическую молекулу с такой способностью — ENMD-2076. Её планируют модифицировать, чтобы она могла регулировать DRIK1, увеличивая или уменьшая его экспрессию в растениях.
Ответ на водный стресс
Чтобы найти белок DRIK1, учёные проанализировали общедоступную базу данных на предмет генов, связанных с ответом на водный стресс у растений. Кукурузу выращивали в камере роста растений 15 дней:
- Одну группу поливали нормально.
- Другие три группы не поливали в течение 9, 12 или 14 дней.
Образцы листьев и корней подвергли RNA-секвенированию. У растений, испытывавших водный стресс, экспрессия DRIK1 была ниже, но уровень белка возвращался к норме после полива.
Данные из той же базы показали, что DRIK1, вероятно, ведёт себя аналогичным образом в ответ на повышение температуры и атаки по крайней мере двух разных грибов.
Исследователи также проанализировали трёхмерную структуру белка и нанесли на карту потенциально важные для функции стрессового ответа регионы. В будущем эти регионы могут служить мишенями для соединений, модулирующих механизм действия белка.
Сейчас учёные работают над созданием генетически модифицированных растений с изменённой экспрессией DRIK1, чтобы получить более засухоустойчивые сорта.
"Если нам удастся создать сорт, который немного лучше других переносит водный стресс во время засухи, это будет похоже на генетическую страховку. Потери всегда будут, но тонны пищи будут спасены, если эти потери удастся сократить", — заключил Арруда.