Återhämtning från torkastress som utsätts för vete. Växt behandlad med OP till höger. Kredit:UCR
Det UC Riverside-ledda teamets upptäckt håller växterna fylliga och ger hopp om grödor trots torka.
Ett team som leds av University of California Riverside har skapat en kemikalie för att hjälpa växter att hålla sig på vattnet, vilket kan hejda strömmen av massiva årliga skördeförluster från torka och hjälpa bönder att odla mat trots ett förändrat klimat.
"Torkan är den främsta orsaken, nära förknippad med översvämningar, till årliga missväxter över hela världen", säger Sean Cutler, professor i växtcellsbiologi vid UC Riverside, som ledde forskningen. "Denna kemikalie är ett spännande nytt verktyg som kan hjälpa jordbrukare att bättre hantera grödan när vattennivåerna är låga."
Detaljer om teamets arbete med den nyare, mer effektiva kemikalien mot vattenförlust beskrivs i en artikel som publicerades idag (25 oktober 2019) i Science. Denna kemikalie, Opabactin, är också känd som "OP", vilket är gamerslang för "övermannad", och syftar på den bästa karaktären eller vapnet i ett spel.
"Namnet är också en shoutout till min 10-åring hemma," sa Cutler.
En tidigare version av OP utvecklad av Cutlers team 2013, kallad Quinabactin, var den första i sitt slag. Det efterliknar abscisinsyra, eller ABA, det naturliga hormonet som produceras av växter som svar på torkstress. ABA bromsar en växts tillväxt, så den förbrukar inte mer vatten än vad som är tillgängligt och vissnar inte.
"Forskare har länge vetat att besprutning av växter med ABA kan förbättra deras torktolerans," sa Cutler. "Men det är för instabilt och dyrt för att vara användbart för de flesta bönder."
Quinabactin verkade vara ett livskraftigt substitut för det naturliga hormonet ABA, och företag har använt det som grund för mycket ytterligare forskning och lämnat in mer än ett dussin patent baserat på det. Quinabactin fungerade dock inte bra för vissa viktiga växter, som vete, världens mest odlade basgröda.
Minskad vattenförlust syns i tomat efter behandling med OP. Värmeavbildning visar ökad bladtemperatur (höger), vilket motsvarar mindre vattenförlust. Kredit:UCR
När ABA binder till en hormonreceptormolekyl i en växtcell, bildar den två täta bindningar, som händer som tar tag i handtagen. Quinabactin tar bara tag i ett av dessa handtag.
Cutlers team sökte igenom miljontals olika hormonliknande molekyler som skulle gripa tag i båda handtagen. Detta sökande, i kombination med en del kemiteknik, resulterade i OP.
OP tar tag i båda handtagen och är 10 gånger starkare än ABA, vilket gör det till ett "superhormon". Och det fungerar snabbt. Inom några timmar fann Cutlers team en mätbar förbättring av mängden vattenväxter som släpptes ut.
Eftersom OP fungerar så snabbt kan det ge odlarna mer flexibilitet kring hur de hanterar torka.
"En sak vi kan göra som växter inte kan är att förutsäga den närmaste framtiden med rimlig noggrannhet," sa Cutler. "Om två veckor senare, om vi tror att det finns en rimlig risk för torka, har vi tillräckligt med tid för att fatta beslut - som att tillämpa OP - som kan förbättra skördarna."
Initial finansiering för detta projekt tillhandahölls av Syngenta, ett agrokemiskt företag, och National Science Foundation.
Medlemmar i forskargruppen inkluderade andra från UCR, Medical College of Wisconsin, Utah State University och PRESTO Japan Science and Technology Agency, samt Shizuoka, Tottori och Utsunomiya universitet i Japan.
Cutlers team försöker nu "nerf" sin upptäckt.
"Det är vad spelarna talar för när ett vapens kraft minskar", sa Cutler.
Medan OP bromsar tillväxten, vill teamet nu hitta en molekyl som kommer att påskynda den. En sådan molekyl kan vara användbar i kontrollerade miljöer och inomhusväxthus där nederbörden inte är lika stor en faktor.
"Det finns tillfällen när du vill påskynda tillväxten och tillfällen när du vill bromsa den," sa Cutler. "Vår forskning handlar om att hantera båda dessa behov."
Referens:"Dynamic control of plant water use using designed ABA receptor agonists" av 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 och Sean R. Cutler, 25 oktober 2019, Science .
DOI:10.1126/science.aaw8848
