Калифорнийским ученым из научно-исследовательского института Скриппса и университета Калифорнии удалось определить вещество, которое помогает растениям выживать во время засухи. Раскрытие механизма его действия, надеются биологи, должно помочь найти новые способы защиты растений во время длительных засух, которые все чаще происходят на всех континентах и наносят огромный ущерб.

Ученые создали трехмерную структуру критического гормона, который называется абсцизовой кислотой и прикрепляется к белку PYR1. Абсцизовая кислота играет очень важную роль в жизни растений и участвует во многих процессах их жизнедеятельности. Так, например, она регулирует процессы увядания и опадения листьев, а также тормозит рост растений. Оказалось, что немаловажное значение этот гормон играет для защиты растения при наступлении неблагоприятных условий, таких, как засуха.

Когда устойчивые к засухам растения чувствуют ее приближение, они начинают энергично вырабатывать абсцизовую кислоту. Кислота производит изменения во всем растении, начиная от корней и кончая листьями и цветами. Под воздействием этого гормона растения начинают запасать воду и замедляют рост. Они как будто впадают в спячку. В растениях происходят многочисленные генетические изменения, которые направлены лишь на то, чтобы перестроить работу всех систем для выживания.

Абсцизовая кислота была открыта еще в начале 60-х годов прошлого столетия. Биологи догадывались, что она играет важную роль при защите растений во время засух, однако не могли понять механизм ее действия.

Картина начала проясняться в этом году после того, как две группы ученых, работавших независимо друг от друга, открыли группу генов, которые связаны с абсцизовой кислотой. Одновременные мутации в четырех генах из этой группы привели к значительному снижению сопротивляемости растений перед засухой. В обычных условиях эти гены вырабатывают белок, который связан с абсцизовой кислотой. По мнению исследователей, мутация в генах нарушает эту связь и снижает эффективность ее работы.

Сотрудники института Скриппса и университета Калифорнии хотели выяснить, служит ли абсцизовая кислота рецептором белков или она действует между PYR1 и другими белками как связующее звено, нечто вроде клея. Для этого было решено изучить молекулы PYR1 и абсцизовой кислоты на микро- и наноуровне.

Делали это американские ученые при помощи кристаллографии: облучали молекулы белка рентгеновскими лучами, что позволило определить трехмерное положение отдельных атомов в их структуре. Для этого нужно было перевести молекулы белка в кристаллическую форму. Полученный кристалл помещают перед пучком рентгеновских лучей. По тому, как они разделяются при соприкосновении с атомами кристалла, можно составить структуру первоначальной молекулы.

В данном случае американские биологи соединили кристаллы PYR1 и абсцизовой кислоты, после чего проанализировали структуру молекул. В ходе исследований им удалось также наблюдать за поведением этих молекул в клетках живых растений и изучать изменения, происходившие в структуре белка при присоединении абсцизовой кислоты к PYR1.

Обе копии PYR1 чувствуют себя в клетках растений очень «уютно». Каждая из них имеет внутри открытое пространство, что-то типа консервной банки. Молекула абсцизовой кислоты попадает в одно из двух таких «мест». В результате часть PYR1, которую ученые назвали крышкой, закрывается. Дальнейшие структурные изменения в других частях молекулы PYR1 вызывают взаимодействие с другими белками, в результате чего запускается механизм борьбы с засухой.

Открытие структуры молекулы абсцизовой кислоты может принести большую пользу сельскому хозяйству, главному потребителю воды на планете. Достаточно сказать, что в отдельных засушливых районах на его долю приходится до 90% всей расходуемой воды.

Первым делом, конечно, приходит на ум попытаться создать химические вещества, которые имитируют воздействие абсцизовой кислоты на растения. Ими можно будет в преддверии засухи опрыскивать поля с сельскохозяйственными культурами. Без заменителя не обойтись, потому что производство самого гормона в промышленных масштабах будет стоить очень дорого. К тому же абсцизовая кислота обладает одним неприятным свойством -- под воздействием солнечного света она теряет полезные свойства.