Отримано рослини, у яких можна «вмикати» режим стійкості до посухи

Отримано рослини, у яких можна «вмикати» режим стійкості до посухи

За нестачі води рослини виділяють фітогормон — абсцизову кислоту, — який змінює активність генів, переводячи рослину в режим економії. Однак цей гормон дорогий в отриманні і швидко розкладається. Вчені створили варіант рецептора, який замість абсцизової кислоти активується вже використовуваним в сільському господарстві хімікатом, нешкідливим для людини. У рослин з таким рецептором режим стійкості до посухи можна вмикати за першої необхідності.

Рослини чуйно реагують на нестачу води: у них виділяється фітогормон під назвою абсцизова кислота, який змінює активність генів, переводячи рослину в режим економії води. При цьому у рослини зменшується просвіт продихів в листі, завдяки чому вона втрачає менше води за рахунок випаровування.

Для сільського господарства було б дуже зручно поставити цей процес під контроль, щоб у цінних рослин режим економії води можна було вмикати завчасно, ще до того, як рослина почне відчувати вплив посухи. Найпростіший, на перший погляд, спосіб допомогти рослинам боротися з посухою — це обприскувати їх розчином абсцизової кислоти. Однак синтез цієї речовини обходиться дорого, і, крім того, вона досить швидко розкладається.

Групі дослідників з Каліфорнійського університету в Ріверсайді та Вісконсинського медичного коледжу в Мілуокі нещодавно вдалось знайти інший «ключ», за допомогою якого можна було б запустити режим посухостійкості. Вони з’ясували, що молекула речовини під назвою хінабактин теж здатна вводити рослини в режим економії води. Проте на цю сполуку ще чекають численні перевірки на нешкідливість.

Тоді вчені вирішили піти третім шляхом отримання контролю над водним режимом рослин — зробити так, щоб вже використовувані в сільському господарстві сполуки, безпека яких доведена, могли заодно запускати у рослин і режим економії води. Сучасна біоінженерія вже цілком дозволяє реалізовувати такі ідеї. Вони вирішили модифікувати білок-рецептор абсцизової кислоти так, щоб він зв'язувався не з нею, а з молекулою якогось вже застосовуваного в сільському господарстві хімікату. Для цього вони отримали набір видозмінених рецепторів з усіма можливими замінами амінокислот в ділянці білка, який зв'язує молекулу абсцизової кислоти. Деякі з цих видозмінених білків непогано зв'язувались з молекулами хімікатів. Вчені також перевірили, що видозмінені рецептори після зв'язування молекули хімікату здатні запускати першу реакцію каскаду, який переводить рослину в режим економії води. В природі рецептор, зв'язавши молекулу кислоти, може «відключити» білок, який заважає початись каскаду реакцій. Деякі з модифікованих рецепторів теж отримували таку здатність, після того як зв'язували молекули деяких хімікатів.

Відібрані варіанти рецепторів ще трохи помодифікували, отримавши в результаті варіант білка, який з хорошою ефективністю запускав режим економії води у відповідь на зв'язування молекули мандіпропаміду. Мандіпропамід — речовина, яку активно використовують у сільському господарстві для боротьби з грибковими захворюваннями рослин. Вчені отримали рецептори, які за допомогою мандіпропаміду могли запустити перший крок каскаду реакцій, які вмикають режим економії води. («Дикий» варіант рецептора у рослин теж залишили, але на додаток до нього вставили ген модифікованого рецептора, який реагує на мандіпропамід, тому у рослин залишилась здатність реагувати на посуху самостійно.) Тепер треба переконатись в тому, що все це спрацює в реальних умовах.

Вчені ввели гени модифікованого рецептора, який реагує на мандіпропамід, у рослини Arabidopsis thaliana — класичний об'єкт генетичних експериментів. Виявилось, що в такій модифікованій рослині під дією мандіпропаміда запускається той же набір генів, що і в «диких» рослинах, оброблених абсцизовою кислотою. Вимагалось перевірити, чи будуть у модифікованих рослин під дією мандіпропаміда закриватись продихи.

Зміну просвіту продихів у рослин детектують цікавим непрямим способом — за температурою листя. Випаровування води через продихи знижує температуру листя, а якщо продихи прикриваються, то випаровування води зменшується, а температура листя зростає. Вчені переконались, що у отриманих модифікованих рослин при обробці мандіпропамідом температура листя підвищується. Значить, мандіпропамід зменшував просвіт продихів на листках — тобто змушував рослини економити воду.

Залишалось перевірити, чи дійсно такі рослини краще переносять посуху. Для цього «дикі» рослини, а також рослини з модифікованим варіантом рецептора, який відгукується на мандіпропамід, не поливали протягом 10—12 днів. Але перед початком такого випробування, а також на третій день їх обробили розчином мандіпропаміду. Після такої саморобної посухи рослини, здатні входити в режим економії води під дією мандіпропаміду, виглядали значно краще за інших. Таким чином, вчені домоглись своєї мети. Вони змогли встановити контроль над водним режимом рослини за допомогою речовини, яка вже активно застосовується в сільському господарстві.

Крім Arabidopsis thaliana, як приклад корисної в господарстві рослини, вчені також отримали «керовані» рослини томатів, які можна зробити стійкими до нестачі води. У цій роботі дослідникам не лише вдалось «приручити» природну систему захисту рослини від стресу, а й поставити її під контроль молекул, які вже застосовуються у сільському господарстві.

X

Вхід

Завантажую...