Powrót do zdrowia po stresie suszy nałożonym na pszenicę. Roślina traktowana OP po prawej. Źródło:UCR
Odkrycie zespołu UC Riverside sprawia, że rośliny są pulchne i dają nadzieję na plony pomimo suszy.
Zespół kierowany przez University of California Riverside stworzył substancję chemiczną, która pomaga roślinom zatrzymać wodę, co może powstrzymać falę ogromnych rocznych strat plonów w wyniku suszy i pomóc rolnikom w uprawie żywności pomimo zmieniającego się klimatu.
„Susza jest główną przyczyną, ściśle powiązaną z powodziami, rocznych nieurodzaju na całym świecie” – powiedział Sean Cutler, profesor biologii komórek roślinnych na UC Riverside, który prowadził badania. „Ta substancja chemiczna jest ekscytującym nowym narzędziem, które może pomóc rolnikom lepiej zarządzać wydajnością upraw, gdy poziom wody jest niski”.
Szczegóły prac zespołu nad nowszą, skuteczniejszą substancją chemiczną zapobiegającą utracie wody opisano w artykule opublikowanym dzisiaj (25 października 2019 r.) w Science. Ta substancja chemiczna, Opabactin, jest również znana jako „OP”, co jest slangiem graczy oznaczającym „obezwładniony”, odnoszący się do najlepszej postaci lub broni w grze.
„Nazwa jest również okrzykiem dla mojego 10-latka w domu” – powiedział Cutler.
Wcześniejsza wersja OP opracowana przez zespół Cutlera w 2013 roku, zwana Quinabactin, była pierwszą tego rodzaju. Naśladuje kwas abscysynowy lub ABA, naturalny hormon wytwarzany przez rośliny w odpowiedzi na stres suszy. ABA spowalnia wzrost rośliny, dzięki czemu nie zużywa więcej wody niż jest dostępne i nie więdnie.
„Naukowcy od dawna wiedzą, że opryskiwanie roślin ABA może poprawić ich tolerancję na suszę” – powiedział Cutler. „Jednak jest zbyt niestabilny i drogi, aby był użyteczny dla większości rolników”.
Quinabactin wydawała się być realnym substytutem naturalnego hormonu ABA, a firmy wykorzystały ją jako podstawę wielu dodatkowych badań, składając na jej podstawie kilkanaście patentów. Jednak chinabaktyna nie działała dobrze w przypadku niektórych ważnych roślin, takich jak pszenica, najczęściej uprawiana na świecie roślina uprawna.
Zmniejszona utrata wody widoczna w pomidorach po obróbce OP. Obrazowanie termiczne pokazuje podwyższoną temperaturę liści (po prawej), co oznacza mniejszą utratę wody. Źródło:UCR
Kiedy ABA wiąże się z cząsteczką receptora hormonu w komórce roślinnej, tworzy dwa silne wiązania, jak dłonie chwytające za uchwyty. Quinabactin chwyta się tylko jednego z tych uchwytów.
Zespół Cutlera przeszukał miliony różnych cząsteczek naśladujących hormony, które chwyciłyby oba uchwyty. Te poszukiwania, w połączeniu z inżynierią chemiczną, zaowocowały OP.
OP chwyta oba uchwyty i jest 10 razy silniejszy niż ABA, co czyni go „super hormonem”. I działa szybko. W ciągu kilku godzin zespół Cutlera znalazł wymierną poprawę w ilości uwolnionych roślin wodnych.
Ponieważ OP działa tak szybko, może dać hodowcom większą elastyczność w radzeniu sobie z suszą.
„Jedną z rzeczy, które możemy zrobić, czego rośliny nie mogą, jest przewidywanie najbliższej przyszłości z rozsądną dokładnością” – powiedział Cutler. „Dwa tygodnie, jeśli uważamy, że istnieje rozsądna szansa na suszę, mamy wystarczająco dużo czasu, aby podjąć decyzje – takie jak zastosowanie OP – które mogą poprawić plony”.
Początkowe finansowanie tego projektu zostało zapewnione przez Syngenta, firmę agrochemiczną i National Science Foundation.
Wśród członków zespołu badawczego znaleźli się inni z UCR, Medical College of Wisconsin, Utah State University i PRESTO Japan Science and Technology Agency, a także uniwersytetów Shizuoka, Tottori i Utsunomiya w Japonii.
Zespół Cutlera próbuje teraz „osłabić” swoje odkrycie.
„To przemawia do graczy, gdy moc broni jest zmniejszona” – powiedział Cutler.
Podczas gdy OP spowalnia wzrost, zespół chce teraz znaleźć cząsteczkę, która go przyspieszy. Taka cząsteczka może być przydatna w kontrolowanych środowiskach i szklarniach wewnętrznych, w których opady nie są tak dużym czynnikiem.
„Są chwile, kiedy chcesz przyspieszyć wzrost i chwile, kiedy chcesz go spowolnić” – powiedział Cutler. „Nasze badania skupiają się na zarządzaniu obydwoma tymi potrzebami”.
Odniesienie:„Dynamiczna kontrola zużycia wody roślinnej za pomocą zaprojektowanych agonistów receptora ABA” autorstwa Aditya S. Vaidya1, Jonathan D. M. Helander, Francis C. Peterson, Dezi Elzinga, Wim Dejonghe, Amita Kaundal, Sang-Youl Park, Zenan Xing, Ryousuke Mega, Jun Takeuchi, Bardia Khanderahoo, Steven Bishay, Brian F. Volkman, Yasushi Todoroki, Masanori Okamoto i Sean R. Cutler, 25 października 2019 r., Nauka .
DOI:10.1126/science.aaw8848
