Ett samarbetsteam av forskare ledda av forskare vid The Medical College of Wisconsin i Milwaukee, har använt strukturbiologins verktyg för att förstå hur en syntetisk kemikalie härmar abscisinsyra (ABA), ett viktigt stresshormon som hjälper växter klara av ogynnsamma miljöförhållanden som torka.
Forskare har i flera år letat efter praktiska sätt att använda ABA-signalering för att förbättra torktoleransen inom jordbruket. Tyvärr är den syntetiska formen av ABA som används kommersiellt ljuskänslig och dyr. Den nya studien bygger på den tidigare upptäckten av pyrabactin, en syntetisk kemikalie som efterliknar ABA, av forskare vid University of California, Riverside. Men till skillnad från ABA aktiverar pyrabactin endast ett fåtal av de 14 ABA-receptorerna i växten som behövs för effektiv torktolerans.
"Genom att bättre förstå hur pyrabactin fungerar kan vi utveckla nya kemikalier för att göra det möjligt för växter att motstå torka. Samma kemikalier som signalerar reaktionen på torka kan också bidra till att öka skördarna", säger Francis Peterson, Ph. D.., huvudförfattare och biträdande professor i biokemi vid Medical College.
En ABA-receptor är ett protein som fungerar som en molekylär switch inuti cellen. När en ABA-molekyl sätts in i ett hålrum i receptorn sänder den en signal genom att ändra proteinstrukturen på ett sätt som liknar stängningen av en grind. För att identifiera de specifika atomer som krävs för grindstängning av ABA eller pyrabactin, använde Dr. Peterson röntgendiffraktion för att lösa de tredimensionella strukturerna hos flera receptorproteiner. Från förändringarna i positionen för endast ett fåtal atomer upptäckte forskargruppen varför pyrabactin kan stänga porten på vissa receptorer men inte andra.
"Dessa insikter föreslår nya strategier för att modifiera pyrabactin och relaterade föreningar så att de kan efterlikna signaleringsprocessen för den naturligt förekommande ABA. Detta arbete har banat väg för tillverkning av nya molekyler som aktiverar eller sätter på receptorer", säger Sean Cutler, Ph. D., docent i växtcellbiologi vid UC Riverside.
"Den nuvarande forskningen är ett viktigt steg på vägen mot vad som sannolikt kommer att bli nästa stora resultat: en ABA-liknande kemikalie som kan appliceras på majs, sojabönor och andra grödor", förklarade Dr. Peterson.
Förutom Drs. Peterson och Cutler, forskningssamarbetspartners inkluderade Brian Volkman, Ph. D., Davin R. Jensen och Joshua J. Weiner från Medical College of Wisconsin; såväl som Sethe Burgie, Craig A. Bingman och George N. Phillips, Jr. vid University of Wisconsin-Madison; och Sang-Youl Park och Chia-An Chang från UC Riverside.
Ett NIH-anslag för strukturell genomik stödde arbetet i Volkman-labbet vid Medical College, och ett anslag från National Science Foundation stödde Cutlers bidrag till studien.
"Projektet som beskrivs fick stöd av National Institutes of He alth.
