Растения рода Striga, также известные как ведьмино-водоросли, действуют как паразиты других растений, проникая в их корневые системы и угоняя их в своих целях. Хотя их фиолетовые цветы красивы, поле, полное растений стриги, на самом деле является кошмаром для фермера, который хочет выращивать кукурузу, сорго, рис или другие сельскохозяйственные культуры. Проблема затрагивает более 100 миллионов человек в 25 странах Африки к югу от Сахары.
Профессор химической инженерии Алексей Савченко вместе с профессором Питером МакКуртом с кафедры клеточной и системной биологии создали генетически модифицированный растительный биосенсор, инструмент, который поможет им искать молекулы, которые могут предотвратить заражение стригами.Дуэт изучает биохимические пути, которыми Стрига атакует другие растения. «Когда культуры начинают прорастать, они выделяют в почву небольшие химические вещества, — говорит Савченко.
Эти гормоны привлекают полезные грибы, которые помогают урожаю получать питательные вещества. К сожалению, растения Striga также эволюционировали, чтобы распознавать эти сигналы и ускорять собственное прорастание, чтобы они были готовы наброситься, как только культура начнет формировать корни.
Савченко и Маккорт надеются перехитрить Стригу, обманув ее химические чувства. Их идея состоит в том, чтобы опрыскать землю химическим веществом, похожим на гормоны растений, которые Стрига намерена обнаруживать. «Вы распространите этот ложный сигнал и заставите стригу прорасти», — говорит Савченко. «Тогда вы уничтожите стригу и посадите урожай на чистом поле».Но чтобы определить, какой ложный сигнал послать, ученым сначала нужно было лучше понять, как Striga обнаруживает растительные гормоны. В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Science, команда определила 11 рецепторов гормонов на основе белков, присутствующих в Striga.
Савченко и его команда изолировали эти рецепторы и нанесли на карту их трехмерную структуру с помощью метода, называемого рентгеновской кристаллографией. Это позволило группе МакКорта определить, какие рецепторы наиболее чувствительны к гормонам и, следовательно, наиболее важные из них, на которых следует сосредоточиться.Следующим шагом было клонирование и введение наиболее чувствительного рецептора в Arabidopsis thaliana, небольшое растение, обычно используемое в качестве модельного организма в биологических исследованиях.
В отличие от стриги, арабидопсис не является паразитом, поэтому его намного легче выращивать, однако генетически модифицированное растение теперь реагирует на гормоны сельскохозяйственных культур и их химических родственников так же, как и стрига. «Это очень хороший инструмент для определения химических веществ, которые будут иметь тот же эффект, что и гормоны, вызывающие прорастание стриги», — говорит Савченко.Маккорт и Савченко сейчас проводят скрининг различных химических веществ в поисках тех, которые имитировали бы гормоны растений.
Их генетически модифицированный арабидопсис также может иметь большую ценность для компаний, производящих сельскохозяйственную продукцию, которые могут быть заинтересованы в проверке своих существующих химических библиотек.«Мы показали, что этот рецептор очень важен для паразитарного образа жизни Стриги, и, сделав его частью растительного биосенсора, мы предоставили все компоненты, которые люди могут использовать [чтобы найти решение]», — говорит Савченко.
Если повезет, бедствие ведьминой травы скоро станет гораздо более решаемой проблемой.