Объяснена устойчивость к засухе

Гормон растений абсцизовая кислота (ABA) управляет реакцией растений на стрессовые ситуации, такие как засуха. Учёные из Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) в Гренобле и Высшего совета по научным исследованиям (CSIC) в Валенсии обнаружили, что ключ кроется в структуре белка PYR1 и его взаимодействии с гормоном. Их исследование, опубликованное в Nature, может открыть новые подходы к повышению устойчивости сельскохозяйственных культур к нехватке воды.

В нормальных условиях белки PP2C ингибируют ABA-путь. При засухе концентрация ABA в клетках растения повышается, что "снимает тормоз" с пути и позволяет сигналу о стрессе передаваться. Это включает или выключает гены, запуская механизмы для увеличения поглощения и запасания воды и уменьшения её потерь. Однако ABA не взаимодействует напрямую с PP2C.

Учёные под руководством Хосе Антонио Маркеса (EMBL) и Педро Луиса Родригеса (CSIC) исследовали белок PYR1 из семейства предполагаемых рецепторов ABA. С помощью рентгеновской кристаллографии они определили его трёхмерную структуру и обнаружили, что белок похож на руку. В отсутствие ABA "рука" остаётся открытой, но когда ABA присутствует, она вкладывается в "ладонь" PYR1, и "рука" закрывается, как будто держа мяч. Это позволяет молекуле PP2C сесть сверху на сложенные "пальцы". Эти черты, вероятно, сохраняются у большинства членов этого белкового семейства, что подтверждает их роль как основных рецепторов ABA. Связываясь с PYR1, ABA заставляет его "захватывать" молекулы PP2C, которые становятся недоступными для блокировки стрессового ответа.

"Если обработать растения ABA до наступления засухи, они принимают все водо-сберегающие меры заранее, становятся более подготовленными и с большей вероятностью переживут нехватку воды", — объясняет Родригес. "Проблема до сих пор была в том, что ABA очень сложно и дорого производить, — добавляет Маркес. — Но благодаря этому структурно-биологическому подходу мы теперь знаем, с чем и как взаимодействует ABA. Это может помочь найти другие молекулы с таким же эффектом, но которые можно производить и применять на практике".

Для определения структуры PYR1 учёные использовали инфраструктуру Партнёрства по структурной биологии, включая установки для высокопроизводительной кристаллизации EMBL в Гренобле и пучковые линии Европейского центра синхротронного излучения.