Паразитические сорняки - безжалостные и коварные враги сельхозкультур, ворующие питательные вещества из посевов и уничтожающие урожай. Но что, если обмануть этих захватчиков и заставить их самоуничтожиться? Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде считают, что нашли способ.
В странах Африки к югу от Сахары и в некоторых частях Азии, где уже существуют проблемы с продовольственной безопасностью, целые поля основных культур, таких как рис и сорго, могут быть потеряны из-за группы паразитических сорняков, которые истощают питательные вещества из культур, прежде чем они успевают вырасти. Паразитические сорняки, такие как стрига и заразиха, повилики и и ряд других, также усугубляют стресс от засухи и задержку роста сельскохозяйственных культур.
Фермеры борются с этими паразитами с помощью немногих эффективных инструментов, но исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде, возможно, смогут обратить против паразитических сорняков их собственную биологию.
Этот трюк подробно описан в журнале Science, и в его основе лежит класс гормонов, называемых стриголактонами - неприметные химикаты, которые играют двойную роль. Внутри они помогают контролировать рост и реакцию растений на стрессы, такие как недостаток воды. Внешне они делают нечто необычное для гормонов растений.
«Большую часть времени растительные гормоны не выделяются наружу, но не стригалактоны. Растения активно выделяют и используют стриголактоны для привлечения грибов в почве, которые имеют полезные отношения с корнями растений», - говорит биолог растений из Калифорнийского университета в Риверсайде и соавтор статьи Дэвид Нельсон.
К сожалению для фермеров, паразитические сорняки научились перехватывать сигналы стриголактона, используя их как приглашение к вторжению.
Как только сорняки чувствуют присутствие стриголактонов, они прорастают и прикрепляются к корням растений, лишая их необходимых питательных веществ.
«Эти сорняки ждут сигнала, чтобы проснуться. Мы можем дать им этот сигнал в неподходящее время - когда для них нет еды - так что они прорастут и умрут. Это как щелкнуть их собственным выключателем против них, по сути, побуждая их совершить самоубийство», - сказал Нельсон.
Чтобы понять производство стриголактона, исследовательская группа под руководством Янрана Ли, разработала инновационную систему с использованием бактерий и дрожжей. Спроектировав клетки E. coli и дрожжей так, чтобы они функционировали как крошечные химические фабрики, ученые воссоздали биологические этапы, необходимые для производства этих гормонов. Этот прорыв позволяет исследователям изучать синтез стриголактона в контролируемой среде и потенциально производить большие объемы этих ценных химических веществ.
Исследователи также изучили ферменты, ответственные за выработку стриголактонов, и выявили точку метаболического разветвления, которая могла сыграть решающую роль в эволюции этих гормонов от внутренних регуляторов к внешним сигналам.
«Это мощная система для исследования растительных ферментов. Она позволяет нам характеризовать гены, которые никогда ранее не изучались, и манипулировать ими, чтобы увидеть, как они влияют на тип производимых стриголактонов», - сказал Нельсон.
Помимо сельского хозяйства, стриголактоны имеют перспективы для медицинских и экологических применений. Некоторые исследования предполагают, что их можно использовать в качестве противораковых или противовирусных средств, и есть интерес к их потенциальной роли в борьбе с болезнью позеленения цитрусовых, которая наносит масштабный ущерб цитрусовым культурам во Флориде.
Ученые теперь уточняют, сработает ли стратегия самоубийства сорняков на реальных полях. «Мы проверяем, сможем ли мы настроить химический сигнал еще эффективнее. Если сможем, это может стать переломным моментом для фермеров, борющихся с этими сорняками», - заключил Нельсон.
Это исследование проводилось под руководством выдающегося профессора Калифорнийского университета в Риверсайде и генетика Джулии Бейли-Серрес.
Источник: University of California – Riverside (UCR). На фото - студентка UCR Аннализ Кейн, соавтор исследования. Автор фото: Клаудия Сепульведа/UCR.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.