Ученые раскрыли секреты устойчивости растений к засухе

Команда биологов из Калифорнии под руководством исследователей из Института Скриппса и Калифорнийского университета в Сан-Диего определила структуру критически важной молекулы, которая помогает растениям выживать во время засух. Понимание внутреннего устройства этой молекулы может помочь ученым разработать новые способы защиты сельскохозяйственных культур от продолжительных засушливых периодов, что потенциально увеличит урожайность во всем мире, поможет производству биотоплива на маргинальных землях и смягчит человеческие и экономические издержки засухи.

Результаты были опубликованы в журнале Science Express 22 октября 2009 года.

Загадочный гормон

Когда устойчивые к засухе растения обнаруживают сухие условия, они синтезируют гормон абсцизовую кислоту, которая вызывает изменения от кончиков корней до листьев и цветов. Под влиянием этого гормона растения начинают экономить воду: их семена остаются в состоянии покоя в почве, листья закрывают микроскопические поры, чтобы остановить потерю воды, замедляется рост и запускаются многочисленные генетические изменения для достижения главной цели — выживания.

Хотя роль абсцизовой кислоты была известна десятилетиями, механизм ее действия оставался неясным. Ранее в 2009 году две группы ученых обнаружили кластер генов, связанных с этим гормоном. Мутации в четырех из этих генов приводили к нарушению реакции на абсцизовую кислоту и снижению устойчивости к засухе. Одна из этих групп, под руководством Шона Катлера из UC Riverside, работала с белком PYR1, что привело к текущему исследованию.

Структура раскрыта

Используя междисциплинарный подход, команда решила выяснить, как именно PYR1 участвует в устойчивости к засухе. Исследователи применили метод рентгеновской кристаллографии, чтобы определить трехмерную структуру белка PYR1, связанного с абсцизовой кислотой.

Исследование показало, что две копии PYR1 плотно соединяются в растительных клетках. Каждая копия молекулы PYR1 имеет внутреннее открытое пространство. Когда молекула гормона присоединяется, она аккуратно вписывается в это пространство, что заставляет часть белка PYR1, названную «крышкой», закрыться. Последующие структурные изменения в других частях молекулы PYR1 инициируют взаимодействия с другими белками, запуская процессы устойчивости растения к засухе.

Заманчивые возможности

Определенная структура может открыть новые пути повышения засухоустойчивости растений. Один из возможных способов применения этих знаний в сельском хозяйстве — разработка химических веществ, имитирующих действие абсцизовой кислоты. Такие вещества можно было бы распылять на культуры для их защиты перед лицом надвигающейся засухи.

Понимание структуры сайта связывания абсцизовой кислоты также может помочь в перепроектировании самого рецептора PYR1 так, чтобы его могли активировать известные дешевые и экологически безопасные химические вещества.