Команда под руководством Калифорнийского университета в Риверсайде создала химическое вещество, помогающее растениям удерживать воду, что может остановить волну огромных ежегодных потерь урожая из-за засухи и помочь фермерам выращивать продукты питания, несмотря на изменение климата.
«Засуха является причиной № 1, тесно связанной с наводнениями, ежегодного неурожая во всем мире», - сказал Шон Катлер, профессор биологии клеток растений в Калифорнийском университете в Риверсайде, который руководил исследованием. «Это химическое вещество - захватывающий новый инструмент, который может помочь фермерам лучше управлять урожайностью при низком уровне воды».
Подробности работы команды над новым, более эффективным химическим веществом против потери воды описаны в статье, опубликованной сегодня в журнале Science. Это химическое вещество, опабактин, также известно как «OP», что на сленге геймеров означает «непревзойденный» и относится к лучшему персонажу или оружию в игре.
"Это имя также является отсылкой к моему 10-летнему сыну дома", - сказал Катлер.
Предыдущая версия OP, разработанная командой Катлера в 2013 году, под названием Quinabactin, была первой в своем роде. Он имитирует абсцизовую кислоту, или АБК, природный гормон, вырабатываемый растениями в ответ на засуху. ABA замедляет рост растения, поэтому оно не потребляет больше воды, чем доступно, и не увядает.
«Ученым давно известно, что опрыскивание растений АБК может улучшить их засухоустойчивость», - сказал Катлер. «Однако он слишком нестабилен и дорог, чтобы быть полезным для большинства фермеров».
Квинабактин оказался жизнеспособной заменой природного гормона ABA, и компании использовали его в качестве основы для многих дополнительных исследований, подав на его основе более дюжины патентов. Однако хинабактин плохо работал на некоторых важных растениях, таких как пшеница, наиболее широко выращиваемая в мире основная культура.
Когда АБК связывается с молекулой гормонального рецептора в растительной клетке, она образует две тесные связи, как будто руки хватаются за ручки. Квинабактин цепляется только за одну из этих ручек.
Катлер вместе с другими сотрудниками из UCR и Медицинского колледжа Висконсина искали миллионы различных молекул, имитирующих гормоны, которые хватались бы за обе ручки. Этот поиск в сочетании с некоторой химической инженерией привел к OP.
OP захватывает обе ручки и в 10 раз сильнее, чем ABA, что делает его «супергормоном». И работает быстро. В течение нескольких часов команда Катлера обнаружила заметное улучшение количества высвобождаемых водных растений.
Поскольку OP действует так быстро, это может дать производителям больше гибкости в том, как они справляются с засухой.
«Одна вещь, которую мы можем сделать, чего не могут растения, - это предсказывать ближайшее будущее с достаточной точностью», - сказал Катлер.«Через две недели, если мы думаем, что существует реальная вероятность засухи, у нас будет достаточно времени, чтобы принять решения, например, применить OP, которые могут повысить урожайность».
Первоначальное финансирование этого проекта было предоставлено Syngenta, агрохимической компанией, и Национальным научным фондом.
Команда Катлера сейчас пытается «понерфить» свое открытие.
«Геймеры говорят, когда мощность оружия снижается», - сказал Катлер.
В то время как OP замедляет рост, теперь команда хочет найти молекулу, которая ускорит его. Такая молекула может быть полезна в контролируемой среде и закрытых теплицах, где осадки не так важны.
«Бывают моменты, когда вы хотите ускорить рост, и времена, когда вы хотите его замедлить», - сказал Катлер. «Наше исследование посвящено удовлетворению обеих этих потребностей».