Искусственные гормоны – на защиту растений

Абсцизовая кислота (АБК) – это классический фитогормон, хорошо известный биологам растений. Большинство учёных относят АБК к гормонам стресса, так как это соединение управляет работой устьиц, закрывая их в условиях засухи и тем самым предохраняя растения от обезвоживания. Вместе с тем АБК имеет и вполне определенные функции в ходе онтогенеза растения. В частности, АБК необходима для нормального развития семени и его пребывания в состоянии покоя в зимний период. 

Исследователи из Калифорнийского университета задались целью создать искусственный аналог АБК с более сильным защитным действием по сравнению с природной молекулой. Методически работа была основана на знании структуры рецептора АБК, точнее - его лиганд-связывающего сайта. Современные методы молекулярного моделирования позволяют "подбирать" для известного сайта те или иные лиганды, удовлетворяющие определенным критериям. Таким путём учёным удалось вначале найти аналог АБК, названный квинабактин. Это вещество эффективно повышало засухоустойчивость в экспериментах на арабидопсисе и сое. К сожалению, эффективность квинабактина на других сельскохозяйственных культурах оказалась невысокой.

Но работы этого направления продолжались. С помощью специальных алгоритмов было проанализировано 18 миллионов (!) соединений, среди которых было обнаружено примерно 10 тысяч вероятных лигандов (т.е. менее 0.1%), способных в компьютерных моделях связываться с рецептором аналогично АБК. Из этих соединений было отобрано 1724 вещества, эффективность которых стали проверять в опытах с настоящими рецепторами. У отобранных наиболее перспективных соединений дополнительно оптимизировали структуру для усиления их эффективности.

В результате этого колоссального многоэтапного отбора было выделено новое соединение, названное опабактин. В лабораторных экспериментах обработка растений опабактином была более эффективной, чем обработка АБК или квинабактином. Если АБК действовала 2-3 дня, то опабактин действовал не менее 5 дней. К тому же опабактин защищал от засухи и те культуры, на которые не действовал квинабактин, и был способен сохранить жизнеспособность проростов пшеницы, растущих в условиях реальной засухи в полевых условиях. Это исследование, результаты которого опубликованы в Science, служат хорошим примером использования современных возможностей гормонологии растений для биотехнологии и агропроизводства.

Подробности см.  Science, doi:10.1126/science.aaw8848, 2019.