Учёные нашли ключ к созданию устойчивых к засухе культур

Исследователи из Института Ван Андела (VARI) определили, как именно на молекулярном уровне работает растительный гормон абсцизовая кислота (ABA), помогая растениям реагировать на стрессовые условия среды, такие как засуха и холод. Результаты, опубликованные в журнале Nature, могут помочь в создании сельскохозяйственных культур, способных процветать в суровых условиях по всему миру, и в борьбе с глобальной нехваткой продовольствия. Открытие также может иметь значение для изучения стрессовых расстройств у человека.

Учёные VARI определили структуру рецепторов, с помощью которых растения воспринимают ABA. Этот гормон поддерживает семена в состоянии покоя и предотвращает распускание почек до наступления подходящих климатических условий. Обнаружение этих рецепторов и понимание принципа их работы — ключевое открытие, которого научное сообщество ждало почти полвека. Оно важно для понимания реакции растений на стресс от экстремальных температур или нехватки воды.

«Растительное сообщество ждало этого открытия много лет. Оно может оказать серьёзное влияние на питание и урожайность, особенно по мере того, как источники пресной воды становятся всё более дефицитными», — сказал один из ведущих авторов исследования, научный сотрудник VARI, доктор философии Карстен Мельхер.

Мельхер работает в Лаборатории структурной биологии VARI под руководством выдающегося научного исследователя, доктора философии Х. Эрика Сюй. Лаборатория начала изучать сигнальный путь ABA в марте этого года, поскольку предполагаемый рецептор ABA был отнесён к группе G-белковых сопряжённых рецепторов, которые изучает лаборатория. Более 50% всех лекарств на рынке нацелены на эти белки, но определить их атомную структуру крайне сложно.

Лаборатория Сюй использует метод рентгеновской кристаллографии, чтобы точно определить, как и почему лекарственные соединения работают на молекулярном уровне. Это может помочь разработчикам лекарств создавать более эффективные препараты с меньшим количеством побочных эффектов.

Хотя позже выяснилось, что рецепторы ABA относятся к другому семейству белков, лаборатория продолжила исследования вновь идентифицированных рецепторов. Их результаты могут помочь в создании культур, способных расти в условиях засухи, холода, солёной воды и других суровых условиях, что, возможно, позволит остановить или обратить вспять нехватку продовольствия в мире. Кроме того, белки, участвующие в восприятии ABA, родственны человеческим белкам, задействованным в клеточных стрессовых реакциях, что может иметь значение для стрессовых расстройств у людей.

«Белки, схожие с растительными рецепторами ABA, также обнаружены у человека. Дальнейшие исследования в этой области могут выявить важные последствия для людей со стрессовыми расстройствами», — сказал Сюй.

Лаборатория сотрудничала со специалистами по биологии растений из других учреждений для проверки данных, включая Национальный центр исследований генов растений в Пекине (Китай), факультет ботаники и наук о растениях Калифорнийского университета в Риверсайде, Центр геномики и технологий стресса растений Университета науки и технологий имени короля Абдаллы в Тувале (Саудовская Аравия) и факультет биохимии Медицинского колледжа Висконсина.

«Это открытие демонстрирует, как открытия на молекулярном уровне у растений могут иметь глубокие последствия для изучения болезней человека. Поразительно, но открытия доктора Сюй (сделанные всего за несколько месяцев) откроют десятилетие исследований как растений, так и человека — от ключевой роли в созревании плодов до углублённого понимания того, как стресс влияет на множество болезней у человека. Это открытие начинает новую главу в биологии растений и животных», — сказал президент и научный директор VARI доктор Джеффри Трент.