Новое химическое соединение снижает количество устьиц, регулирующих потерю воды растением
Исследователи из Института трансформативных биомолекул (WPI-ITbM) Университета Нагоя и их коллеги идентифицировали и создали производное химическое соединение, эффективно регулирующее плотность устьиц у модельных растений. Устьица имеют решающее значение для регуляции воды.
По мере роста непредсказуемости окружающей среды управление потреблением воды сельскохозяйственными культурами во время засух с помощью химических методов станет всё более важным. Результаты исследования опубликованы в Nature Communications.
Манипулирование белковыми взаимодействиями с помощью химических соединений революционизирует биологию, позволяя влиять на сложные процессы в организме-мишени. В биологии растений такие подходы открывают перспективы создания более устойчивых или питательных культур.
Команда под руководством Аями Накагавы и Кейко Тории синтезировала Стомидазолон — химическое соединение, ингибирующее дифференцировку устьиц у растений.
Устьица — это микроскопические поры на поверхности листьев растений. Они необходимы для фотосинтеза и транспирации. Фотосинтез преобразует световую энергию в глюкозу и кислород, а транспирация — это потеря водяного пара листьями, способствующая транспорту питательных веществ и терморегуляции.
«Наша исследовательская группа (группа Тории) провела скрининг множества малых молекул, чтобы выявить новые факторы, способные исследовать и манипулировать развитием устьиц. Мы нашли Стомидазолон, который идеален, поскольку не влияет на рост растения, но уменьшает количество устьиц и может применяться с помощью простой обработки», — пояснила Накагава. «Использование этого соединения для снижения плотности устьиц, в принципе, заставляет растения терять меньше воды при транспирации, помогая им сохранять влагу в засушливых условиях, не препятствуя росту».
Развитие устьиц регулируется специфическими белками, известными как basic-helix-loop-helix белки. У растений белок MUTE связывается с другим белком SCREAM, чтобы формировать устьица. Используя комплексное генетическое тестирование и биофизический анализ, исследовательская команда обнаружила, что Стомидазолон функционирует, связываясь с уникальным белковым доменом, называемым ACT-like domain белка MUTE, что препятствует его соединению с SCREAM.
Основываясь на этих выводах, группа также создала варианты белка MUTE с повышенной устойчивостью к Стомидазолону, сохранив при этом его функцию.
«Когда эти модифицированные белки MUTE тестировали в растениях, они продолжали развивать устьица даже в присутствии Стомидазолона», — сказала Накагава. «Это продемонстрировало, что мы можем использовать точные химические вмешательства для избирательного контроля развития растений».
Это исследование представляет собой значительный прогресс в использовании химических соединений для нацеливания на специфические белки с целью регуляции важных биологических функций.
«Расширяя арсенал химических инструментов для манипулирования развитием растений, мы углубляем наше понимание того, как растения растут, и открываем новые возможности для сельскохозяйственных инноваций с помощью контроля устьиц. Я надеюсь, что наше исследование поможет создать культуры, способные процветать в сложных и засушливых условиях», — объясняет своё видение доктор Тории.