• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Syntetyczny związek chemiczny pomaga chronić uprawy przed suszą

    28.05.2009. 15:11
    opublikowane przez: Maksymilian Gajda

    Zespół amerykańskich, hiszpańskich i kanadyjskich naukowców rzucił światło na to, co daje roślinom impuls niezbędny, by chroniły się przed surowymi warunkami pogodowymi takimi jak susza. Wyniki ich badań, opublikowane w czasopiśmie Science, pomogą odpowiedzieć na zasadnicze pytania, jakie pojawiły się na przestrzeni lat.

    Niekorzystne warunki środowiskowe sieją spustoszenie wśród roślin uprawnych i innych. Chudną przez to nie tylko plony, ale również portfele rolników. Rośliny są w stanie wykorzystywać specjalne sygnały, tzw. hormony stresu, aby wyczuć nadchodzące trudne czasy i dostosować się do niekorzystnych warunków, zwiększając swoje szanse na przetrwanie.

    "Rośliny dysponują naturalnie wytwarzanymi hormonami stresu, które sygnalizują niekorzystne warunki i pomagają im dostosować się" - wyjaśnił członek zespołu, profesor Peter McCourt z Uniwersytetu Toronto w Kanadzie. "Zyskanie kontroli nad tymi hormonami powinno umożliwić ochronę upraw przed niekorzystnymi warunkami środowiskowymi, co jest niezwykle istotne teraz w czasach globalnych zmian klimatu."

    Zespół, pod kierunkiem profesora Seana Cutlera z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside w USA, zidentyfikował "kwas abscysynowy" (ABA), receptor kluczowego hormonu ochrony w odpowiedzi na stres. Rośliny zwiększają poziom kwasu ABA pod wpływem stresu, skutecznie zapewniając sobie rezerwy potrzebne do przetrwania suszy.

    Już wcześniejsze badania pokazały, że kwas ABA, naturalnie wytwarzany przez rośliny, pomaga roślinom radzić sobie z suszą. Naukowcy przez lata rozważali rozpylanie kwasu ABA bezpośrednio na uprawy, aby podnieść ich poziom ochrony. Jednak nie dość, że kwas ABA jest drogą i światłoczułą molekułą, to naukowcy nie byli w stanie znaleźć dla niej niszy w sektorze rolnym.

    Do tej pory sposób działania kwasu ABA nie był dobrze poznany. Jak mówią naukowcy, sprawa receptorów ABA wywoływała rozmaite debaty w dziedzinie biologii roślin. Wiele artykułów naukowych zostało niedawno zakwestionowanych, podobnie jak wielu recenzentów wydało negatywne opinie o nowych artykułach.

    Naukowcy uważają, że receptor, zwykle znajdujący się na szczycie ścieżki sygnalizacyjnej, działa jak dyrygent prowadzący orkiestrę - przekazuje polecenia zespołowi poniżej, który następnie wykonuje je w komórce.

    "Naukowcy próbują rozwiązać problem receptora ABA od ponad 20 lat, a twierdzenia dotyczące receptorów ABA nie są łatwo przyjmowane przez społeczność naukową" - wyjaśnił profesor Cutler.

    W ramach ostatnich badań naukowcy wykorzystali podejście "genomiki chemicznej", aby zidentyfikować syntetyczny związek chemiczny zwany pyrabaktin, który uruchamia właśnie receptor ABA w laboratoryjnym modelu rośliny Arabiodopsis. Pyrabaktin pomógł naukowcom bezpośrednio zidentyfikować receptor ABA.

    "Dzięki temu podejściu nie tylko odnaleziono gen od dawna poszukiwany przez naukową społeczność prowadzącą badania nad roślinami, ale pozwoliło ono również wykazać, że za pomocą genomiki chemicznej można zidentyfikować nowe związki chemiczne takie jak pyrabaktin, które mogą wywierać istotny wpływ na sposoby uprawy zarówno w świecie rozwijającym się, jak i w tym rozwiniętym" - powiedział profesor McCourt.

    Profesor Cutler wraz ze współpracownikiem, profesorem Brianem Volkmanem z Medical College of Wisconsin w USA, zamierzają wydedukować strukturę ABA związanego z receptorem i wykorzystać te dane do ukierunkowania prac nad nowymi związkami chemicznymi zdolnymi do aktywowania ścieżki sygnalizacyjnej ABA.

    Źródło: CORDIS

    Więcej informacji:

    Science
    http://www.sciencemag.org/

    Uniwersytet Kalifornijski, Riverside
    http://www.ucr.edu/

    Źródło danych: Uniwersytet Toronto; Uniwersytet Kalifornijski, Riverside; Science
    Referencje dokumentu: Cutler S., et al. (2009) Abscisic acid inhibits type 2C protein phosphatases via the PYR/PYL family of START proteins. Science 324:1068-71. DOI: 10.1126/science.1173041.

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Odporność roślin na suszę, odporność roślin na deficyt wody – zdolność roślin do przetrwania w środowisku, które nie zapewnia odpowiedniej ilości wody dla organizmu. Mechanizmy zapewniające przetrwanie mogą mieć charakter morfologiczny, fizjologiczny i biochemiczny. Część mechanizmów odpornościowych ma charakter adaptacji, cechy dziedziczone, a część charakter aklimatyzacji, cech pojawiających się w warunkach stresu nie przekazywanych na kolejne pokolenia. Wyróżniane są dwie strategie odporności na suszę. Pierwsza z nich polega na przeciwdziałaniu odwodnieniu, rośliny stosujące taką strategię nazywane są roślinami homeohydrycznymi. Druga strategia polega na tolerowaniu odwodnienia, rośliny stosujące taką strategię nazywane są roślinami poikilohydrycznymi. Susza może mieć charakter suszy atmosferycznej, czyli niskiej względnej wilgotności powietrza, suszy glebowej, czyli niskiej zawartości wody w glebie albo suszy fizjologicznej, związanej z zasoleniem gleby lub zamarznięciem wody w glebie. Fenobarbital, luminal (łac. Phenobarbitalum) – organiczny związek chemiczny, fenylowoetylowa pochodna kwasu barbiturowego. Stosowany jako środek o działaniu nasennym i uspokajającym, należy do grupy barbituranów. Wprowadzony do lecznictwa w 1912 roku przez firmę farmaceutyczną Bayer pod nazwą handlową Luminal. Działanie opiera się na interakcji z kompleksem receptora GABA. Fenobarbital, jak i inne barbiturany, powoduje zwiększenie powinowactwa receptora do endogennych ligandów. Wpływa także bezpośrednio na kanał chlorkowy. W ten sposób prowadzi do hiperpolaryzacji błony komórkowej neuronu i tłumi jego aktywność. Agonista - czynnik współdziałający, o podobnym działaniu do czegoś. Rozumiany również jako substancja łącząca się z receptorem, wywołując reakcję w komórce. Jest przeciwieństwem antagonisty, który łącząc się z receptorem, blokuje go, nie wywołując reakcji. Antagonista blokuje także receptor przed aktywowaniem go przez agonistę.

    Kwas indolilooctowy (IAA z ang. indoleacetic acid) – organiczny związek chemiczny zbudowany z reszt indolu i kwasu octowego; hormon roślinny z grupy naturalnych auksyn. Reguluje wzrost i rozwój roślin. Struktura IAA jest podobna do aminokwasu tryptofanu, z którego jest syntetyzowany przez rośliny. Fitohormon IAA jest syntetyzowany w merystemie wierzchołkowym pędu, liściach i nasionach. Receptor AMPA − rodzaj receptora dla glutaminianu, selektywnie aktywowany przez kwas α-amino-3-hydroksy-5-metylo-4-izoksazolopropionowy (AMPA), sztuczny analog glutaminianu. Jest to receptor jonotropowy, który pod wpływem związania ligandu staje się przepuszczalny dla jonów sodu (Na), potasu (K) oraz wapnia (Ca). Jest jednym z najbardziej powszechnych receptorów w ośrodkowym układzie nerwowym. Bierze udział w tzw. szybkim przekaźnictwie synaptycznym. Odgrywa również ważną rolę w zjawisku zwanym długotrwałym wzmocnieniem synaptycznym (LTP).

    Hormony steroidowe – grupa hormonów o różnorodnych funkcjach biologicznych, których cechą wspólną jest szkielet steroidowy. Hormony steroidowe są małocząsteczkowymi związkami chemicznymi, które bez trudu przenikają przez błonę komórkową i dla których receptory znajdują się w jądrze komórek, na które oddziałują. Ekscytotoksyczność – patologiczny proces, w którym neurony są uszkadzane i zabijane przez glutaminian i podobne związki chemiczne. Ekscytotoksyczność zachodzi, gdy dojdzie do nadmiernej aktywacji receptorów AMPA i NMDA przez ekscytotoksyczny neurotransmiter – kwas glutaminowy. Ekscytotoksyny takie jak NMDA i kwas kainowy, które wiążą się do tych receptorów, a także zbyt wysokie stężenia glutaminianu mogą wywołać ekscytotoksyczność poprzez zwiększenie liczby jonów wapnia wchodzących do komórki. Napływ jonów Ca do komórek aktywuje liczne enzymy, w tym fosfolipazy, endonukleazy i proteazy, takie jak kalpaina, które uszkadzają struktury komórkowe; składniki cytoszkieletu, błon komórkowych i DNA.

    Myrmekotrofia – forma mutualizmu, polegająca na pozyskiwaniu przez rośliny związków mineralnych z odpadów kolonii mrówek z tymi roślinami związanych, takich jak odchody czy szczątki owadów. Martwe szczątki stanowią dodatkowe źródło azotu. Dojrzałe osobniki Nepenthes bicalcarata mogą uzyskiwać około 40% azotu występującego w liściach ze współpracy z mrówkami. Rośliny wykształcają specjalne struktury ułatwiające osiedlenie się mrówek. Są to modyfikacje liści, ogonków liściowych, łodyg oraz puste ciernie. Żyjące w takich strukturach mrówki nie tylko przyczyniają się do zwiększenia dostępności związków azotowych, lecz również zapewniają roślinom obronę przed owadami zjadającymi liście. Rośliny pozyskujące azot w wyniku myrmekotrofii występują zwykle w ekosystemach gdzie dostępność tego pierwiastka jest ograniczona. Tę strategię ewolucyjną stosują m.in. epifityczne rośliny z rodzaju Myrmecodia. Receptor metabotropowy (synonimy to: receptor 7TM, receptor związany z białkiem G) - rodzaj receptora błonowego hormonalnego. W organizmie wykryto kilkaset receptorów metabotropowych, które różnią się strukturą i funkcją. Zbudowany jest z:

    Kwas γ-aminomasłowy (GABA) – organiczny związek chemiczny z grupy aminokwasów, który pełni funkcję głównego neuroprzekaźnika o działaniu hamującym w całym układzie nerwowym. Odkryto trzy receptory GABA (podtypu A, B i C). Receptory GABA typu A, obecne niemal na każdej komórce nerwowej, są miejscem działania wielu związków (agonistów receptora GABA).

    Parasympatykomimetyki, substancje o działaniu cholinergicznym, agoniści receptorów muskarynowych – acetylocholina i inne substancje wykazujące działanie analogiczne do niej. Substancje należące do tej grupy można podzielić na działające bezpośrednio (bezpośrednio łączące się z receptorami) oraz działające pośrednio – przez zwiększanie ilości ACh. Parasympatykomimetyki mają wielokierunkowe działanie na organizm, wiele z nich jest truciznami, środkami psychoaktywnymi i lekami. Wspólną cechą wszystkich parasympatykomimetyków jest pobudzanie (działanie agonistyczne) receptorów muskarynowych.

    Kwas rumenowy (tzw. sprzężony kwas linolowy, CLA) – organiczny związek chemiczny z grupy nienasyconych kwasów tłuszczowych. Jest jednym z izomerów kwasu linolowego zawierającym dwa sprzężone wiązania podwójne. Naturalnie występuje w tłuszczu mlecznym. Po raz pierwszy otrzymano go na Uniwersytecie Wisconsin-Madison. Podejrzewano, że CLA stanie się nową bronią w walce z rakiem, pozwoli obniżać poziom cukru i tłuszczów we krwi, zapanować nad astmą i alergiami. Późniejsze badania na zwierzętach potwierdziły, że CLA jest silnym środkiem przeciwnowotworowym. Niski poziom kwasu rumenowego w surowicy krwi powiązany został ze zwiększonym ryzykiem zachorowania kobiet na raka piersi.

    Dodano: 28.05.2009. 15:11  


    Najnowsze