Előfizetés a lapra

Gyógyszertervezés növények számára

biológia, botanika, növénybiológia, növényélettan, növényi egészség nemzetközi éve

2020/01/07

Október 25-én a rangos Science című lap hasábjain jelent meg az a tudományos cikk, melyben új típusú agrokémiai fegyver kifejlesztését jelentették be amerikai és japán kutatók a szárazságstressz elleni küzdelemben. A cikk körüli nagy érdeklődést indokolja, hogy a klímaváltozás egyre gyakrabban és egyre nagyobb termőterületeken okoz hosszabb-rövidebb aszályos időszakokat, miközben az öntözéshez szükséges víz is egyre kevésbé elérhető a mezőgazdaság számára. A szárazságstressz befolyásolja a növények növekedését, virágzását, terméshozamát, így jelentős – a cikk szerzői szerint éves szinten globálisan közel 29 milliárd dolláros – gazdasági károkat okoz és élelmiszerhiányhoz vezethet.

A szárazsághoz a növények gyakorlatilag azóta alkalmazkodnak folyamatosan, hogy 400–500 millió éve első őseik az óceánokból a szárazföldre „merészkedtek”, majd fokozatosan benépesítették azt. A mezőgazdaság mind ez idáig elsősorban a víz tárolásával és pótlásával (azaz öntözéssel) volt képes enyhíteni a szárazságstressz okozta károkat. Az újfajta megközelítés teljesen más ponton és más módon hat: a párologtatás minimalizálása révén próbálja elérni, hogy a növények képesek legyenek visszatartani a bennük lévő vizet, és így átvészelni a kedvezőtlen időjárású időszakokat.

A szárazföldi növények földfelszín feletti részein található gázcserenyílások nemcsak a gázcsere (szén-dioxid és oxigén felvétele, illetve leadása) szempontjából fontosak, hanem azért is, mert ezeken keresztül távozik a vízgőz is a növényekből. (Emellett gyakran a patogének is ezeken áthatolva tudnak a növény belső szöveteibe jutni, illetve az e pórusokon keresztül a külvilágba jutó anyagoknak fontos szerepük lehet a növények egymás közötti kommunikációjában is.) A gázcserenyílások bezáródását és kinyílását szabályozó egyik kulcsvegyület az abszcizinsav nevű növényi hormon, amely a cikkben is leírt, újgenerációs növényi ,,gyógyszerfejlesztés” és a szárazságstressz elleni védekezés középpontjába került az utóbbi években.

A Sean R. Cutler professzor által vezetett, a University of California Riverside intézményében működő kutatócsoport a növényekben található többféle abszcizinsav-receptor fehérjeszerkezetének, illetve ezek közül a gázcserenyílásokban található receptorok szerkezetének ismeretében próbált meg az emberi gyógyszerfejlesztéshez hasonló bioinformatikai, illetve biokémiai módszerekkel olyan molekulákat azonosítani, melyek hosszabb ideig stabilan a receptorhoz kötődve, a receptor által is szabályozott jelátviteli útvonalra hatva a gázcserenyílások tartós záródását idézik elő. Ezek a vegyületek az abszcizinsavhoz hasonló szerkezetűek, de hozzá képest akár hétszer erősebben is kötődnek a receptorhoz, és közel tíz­szer nagyobb in vivo hatást váltanak ki a növényekből. Nagy stabilitásuknak köszönhetően akár 4-5 napig – egy-egy rövidebb aszályos időszak alatt – is gátolni tudják a növények párologtatását azáltal, hogy a növényi hormonhoz hasonlóan, de annál hosszabb ideig előidézik a gázcserenyílások bezáródását. A munka egy részét a molekuláris növénybiológia modellélőlényével, a lúdfűvel (Arabidopsis thaliana) végezték, de a szerzők olyan fontos haszonnövényeket is teszteltek, mint a búza, a paradicsom és az árpa. Ezek esetében laboratóriumi körülmények között kimutatták, hogy a kezeletlen növényekhez képest a leghatásosabb, opabaktinnak nevezett vegyülettel történő aeroszolos permetezés hatására a növények klorofilltartalma, illetve hőmérséklete tovább maradt az optimális érték körül, mint az abszcizinsavval vagy a korábban alkalmazott, az abszcizinsavhoz hasonló egyéb mo­lekulákkal történő permetezés után.

Ugyanakkor az adatokat a szerzők szerint is érdemes óvatosan kezelni, mert egyelőre nem világos, hogy szabadföldi körülmények között, mezőgazdasági léptékben fenntartható, gazdaságos és hatásos lesz-e ez az újfajta kezelés. Az egyik fontos probléma azzal is összefüggésben állhat, hogy a legnagyobb területen termesztett haszonnövényünk, a búza esetében egyértelműen kimutatták, hogy a legnagyobb hozammal és termésmérettel rendelkező fajták párologtatják a legtöbb vizet. Emellett régóta közismert, hogy a gázcserenyílások bezáródása egyben a fotoszintézishez szükséges szén-dioxid elérhetőségét is korlátozza a növények számára, és ezzel gátolja a fotoszintetikus aktivitást, ami hosszú távon a terméshozamot is negatívan befolyásolhatja. Mindezeket figyelembe véve is lehetséges ugyanakkor, hogy rövidebb aszályos periódusok átvészelésében ezek a vegyületek valóban a növények segítségére lehetnek.

A cikk az Innovációs és Technológiai Minisztérium ÚNKP-19-4 kódszámú Új Nemzeti Kiválóság Programjának szakmai támogatásával készült.

Solymosi Katalin

2019/49