Исследователи из Института трансформирующих биомолекул Университета Нагоя (WPI-ITbM) в Японии и их коллеги идентифицировали и вывели химическое соединение, которое эффективно регулирует плотность и активность устьиц в модельных растениях. Устьица имеют решающее значение для регулирования воды. Поскольку окружающая среда становится все более непредсказуемой, управление потреблением воды для сельскохозяйственных культур во время засух с помощью химических методов становится важным направлением в селекции и защите растений.
Манипулирование взаимодействиями белков с использованием химических соединений производит революцию в биологии, поскольку позволяет исследователям влиять на сложные процессы в целевом организме. В биологии растений эти подходы обещают создать более долговечные или питательные культуры.
Команда университета под руководством Аями Накагавы и Кейко Тории синтезировала стомидазолон - химическое соединение, которое подавляет дифференциацию устьиц у растений. Результаты исследования опубликованы в Nature Communications.
Устьица - это микроскопические поры, расположенные на поверхности листьев растений. Они необходимы для фотосинтеза и транспирации. Фотосинтез преобразует энергию света в глюкозу и кислород, тогда как транспирация включает в себя потерю водяного пара из листьев, что способствует транспортировке питательных веществ и регулированию температуры.
«Наша исследовательская группа (группа Тории) провела скрининг многочисленных малых молекул, чтобы выявить новые факторы, которые могут исследовать и управлять развитием устьиц. Мы нашли стомидазолон, который оказался идеальным, поскольку он не влияет на рост растений, но уменьшает устьица и может применяться посредством простой обработки», - пояснил Накагава.
На основании этих результатов группа затем создала белки MUTE с повышенной устойчивостью к стомидазолону, сохранив при этом их функцию.
«Когда эти модифицированные белки MUTE были протестированы на растениях, они продолжали развивать устьица, даже в присутствии стомидазолона, - сказал Накагава. - Это показало, что мы можем использовать точные химические вмешательства для избирательного контроля развития растений».
Исследование представляет собой значительный прогресс в использовании химических соединений для воздействия на определенные белки с целью регулирования важнейших биологических функций.
Доктор Тории объясняет свое видение: «Расширяя химические инструменты, доступные для управления развитием растений, мы углубляем наше понимание того, как растения растут, и открываем новые возможности для сельскохозяйственных инноваций с использованием контроля устьиц. Я надеюсь, что наши исследования помогут создать культуры, которые смогут процветать в сложных и засушливых условиях. Использование этого метода для снижения плотности устьиц в принципе приводит к тому, что растения теряют меньше воды через транспирацию, помогая им сохранять влагу в засушливых условиях, не препятствуя росту».
Развитие устьиц регулируется специфическими белками, называемыми белками базовая-спираль-петля-спираль. У растений белок MUTE спаривается с другим, называемым SCREAM, образуя устьица. Используя комплексное генетическое тестирование и биофизический анализ, исследовательская группа обнаружила, что стомидазолон функционирует посредством связывания с уникальным доменом белка, называемым ACT-подобным доменом MUTE, что не дает ему соединиться с SCREAM.
Источник: Institute of Transformative Bio-Molecules (ITbM), Nagoya University. Автор: Мэтью Кослетт.
На изображении представлен стомидазолон, соединение имидазолона, которое уменьшает количество устьиц, препятствуя гетеродимеризации MUTE-SCRM. Автор: Иссей Такахаши.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.