30.03.2015

Ученые перепрограммировали растения на засухоустойчивость
В ходе исследования в области синтетической биологии под руководством Калифорнийского университета создана стратегия, которая позволяет перепрограммировать растения на потребление меньшего количества воды при помощи агрохимиката. Подобный подход открывает новые горизонты для улучшения сельскохозяйственных культур.

Зерновые культуры и другие растения постоянно сталкиваются с такими неблагоприятными условиями окружающей среды, как повышение температуры (2014 год был самым жарким годом) и уменьшением водных запасов, что приводит к понижению урожайности и обходится фермерам и садоводам в миллиарды долларов в год.

Засуха является основным фактором экологического стресса, влияющим на рост и развитие растений. Когда растения сталкиваются с засухой, они естественным образом производят абсцизовую кислоту (АБК), гормон стресса, который ингибирует рост растений и снижает расход воды. В частности, этот гормон включает в растении рецептор (специальный белок), когда связывается с ним, как влезающая в перчатку рука, что приводит к ряду полезных изменений – таких, как закрытие замыкающих клеток на листьях, известных как устьица, уменьшая тем самым потерю воду – помогающих растению выжить.

И хотя сельскохозяйственные культуры вполне можно опрыскивать АБК, чтобы помочь им пережить засуху, AБК недёшев в производстве, быстро дезактивируется в клетках растения и отличается светочувствительностью. Поэтому этот гормон не получил широкого распространения в сельском хозяйстве. Сейчас несколько исследовательских групп работают над созданием синтетических имитаторов AБК, модулирующих засухоустойчивость, но даже при обнаружении подобного вещества, учёные столкнутся с длительным и дорогостоящим процессом развития.

Однако, агрохимический мандипропамид уже широко используется в производстве сельскохозяйственной продукции для контроля фитофтороза фруктовых и овощных культур. Можно ли сделать так, чтобы культуры, находящиеся под угрозой засухи, реагировали на мандипропамид так же, как если бы это был АБК, и тем самым повышали бы выживаемость во время засухи?

Да, уверена группа ученых во главе с Шоном Катлером из Университета Калифорнии, Риверсайд.

Исследователи работали с арабидопсисом, широко используемым в биологии лабораторным растением, и томатом. Они использовали методы синтетической биологии для разработки новой версии рецепторов АБК у этих растений, спроектированных таким образом, чтобы активироваться мандипропамидом вместо АБК. Исследователи продемонстрировали, что при опрыскивании перепрограммированных растений мандипропамидом, те эффективно выживали в условиях засухи, включая путь АБК, который приводил к закрытию устьиц на листьях и предотвращению потери воды.

Данное открытие иллюстрирует силу синтетических биологических подходов к манипуляции культурами, и открывает новые возможности для улучшения сельскохозяйственных культур, которые могли бы принести пользу постоянно растущему мировому населению.

– Мы успешно перепрофилировали агрохимикат для нового применения при помощи генной инженерии растительного рецептора – то, что до этого ещё никто не делал, – заявил Катлер, адъюнкт-профессор ботаники и растениеводства. – Мы ожидаем, что эта стратегия перепрограммирования реакций растения с использованием методов синтетической биологии позволит другим агрохимикатам контролировать другие полезные черты – такие, как например, устойчивость к болезни или темпы роста.

Результаты исследования были опубликованы в онлайн версии журнала «Nature».

Катлер объяснил, что открытие нового химиката, и его последующая оценка и одобрение для использования – это чрезвычайно сложный и дорогостоящий процесс, который может занять годы.

– Мы же, по сути, обошли это препятствие при помощи синтетической биологии – в сущности, мы взяли то, что уже работает в реальном мире, и перепрограммировали растение так, чтобы наш химикат мог контролировать использование воды, –  пояснил профессор.

Белковая инженерия это метод, который позволяет систематически конструировать множество вариантов белков; при помощи него также проверяются их новые свойства. Катлер и его сотрудники использовали белковую инженерию для создания модифицированных рецепторов растений таким образом, чтобы мандипропамид в них подходил и приводил к активации рецептора. Созданный учеными рецептор был введен в арабидопсис и томаты, которые затем ответили на мандипропамид так, как если бы они были обработаны при помощи АБК. В отсутствии мандипропамида, эти растения показали минимальное отличие от растений, которые не обладают сконструированным белком.

Источник

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here

3 + 4 =