Phát triển thuốc chống hạn hán

Xác định SB là chất chủ vận thụ thể tế bào ABA chọn lọc và phân tích cấu trúc của phức hợp CsPYL1-SB-AtHAB1ΔN. (A) Xét nghiệm ức chế PP2C với sự có mặt của 100μM SB và các thụ thể ABA được chỉ định. Giá trị đại diện độ lệch chuẩn trung bình ± SD của hai xét nghiệm. ( B ) Cấu trúc hóa học của SB và các giá trị nồng độ ức chế tối đa một nửa (IC50) đối với sự ức chế phụ thuộc ABA- hoặc SB của ΔNHAB1 bởi AtPYL1, AtPYL5 và AtPYL10. (C) Ức chế sự hình thành cây con bằng 1μM ABA và 50 đến 100μM SB trong WT Col-0 và các dòng biểu hiện quá mức AtPYL5- hoặc AtPYL10. Hình ảnh được chụp vào ngày thứ 4. (D) Định lượng sự ức chế qua trung gian ABA hoặc SB đối với sự phát triển của rễ trong các kiểu gen được chỉ định. Cây con được trồng trong đĩa bổ sung 0,5% dimethyl sulfoxide (DMSO) (mock), 50μM SB hoặc 10μM ABA. Giá trị là độ lệch chuẩn trung bình ± SD của ba thử nghiệm độc lập (n = 13 đến 16). Dấu hoa thị biểu thị ý nghĩa thống kê (* P < 0,05, ** P < 0,01 và *** P < 0,001) trong phân phối Student’s t  so với dòng được xử lý DMSO tương ứng. (E) Biểu diễn dải băng của tổ hợp ternary CsPYL1-SB-AtHAB1ΔN tổng thể. Liên kết phối tử (SB, QB hoặc ABA) trong phức hợp bậc ba xảy ra trong cấu trúc khép kín của thụ thể phù hợp với vị trí hoạt động của phosphatase HAB1. ( F ) Sự chồng chất của SB và QB trong vị trí liên kết phối tử của CsPYL1. Sự cản trở không gian giữa oxy của nhóm SO₂ của SB và Val¹¹⁰ của CsPYL1 được thể hiện dưới dạng các vòng cung màu đỏ. ( G ) Phần chi tiết của các vị trí liên kết SB (trái) và QB (phải) hiển thị kiểu liên kết hydro của các tương tác giữa phối tử và phức hợp CsPYL1: HAB1. Nguồn: Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.ade9948.

Axit abscisic (ABA) là một loại hormone thực vật có chức năng thiết yếu trong sinh lý thực vật. Nó tham gia vào các quá trình phát triển và tăng trưởng cũng như phản ứng thích nghi với bất lợi. Do đó, sự thích nghi của thực vật với hoàn cảnh bất lợi do thiếu nước có thể được ưu tiên bằng cách kích hoạt con đường phytohormone này. Trong dự án này, các nhóm do Pedro Luis Rodríguez tại IBMCP ở Valencia và Armando Albert tại IQRF ở Madrid đứng đầu đã phát triển một phương pháp hóa học - di truyền để kích hoạt lộ trình này theo cách có thể cảm nhận được và không ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật.

Dựa trên cấu trúc nguyên tử của các protein liên quan và sử dụng các kỹ thuật di truyền, các nhà nghiên cứu CSIC đã tạo ra một thụ thể ABA sửa đổi được kích hoạt bởi một phân tử đại diện có tên là iSB09. Theo kết quả nghiên cứu của họ, hiện đã được công bố trên tạp chí Science Advances, thực vật mang thụ thể biến đổi này và được xử lý bằng iSB09 cho thấy khả năng chịu hạn hán cao.

Pedro Luis Rodríguez từ IBMCP (CSIC-UPV) cho biết: “Sự kết hợp này kích hoạt một cách hiệu quả con đường ABA và tạo ra sự bảo vệ bằng cách kích hoạt các cơ chế thích ứng của cây trồng”. Ông nói thêm: “Riêng phân tử iSB09 cũng làm giảm sự mất nước do thoát hơi nước ở cây cà chua.

Armando Albert từ IQRF-CSIC cho biết: "Đây là lần đầu tiên một thụ thể ABA được sửa đổi ở cây trồng để nó thích ứng với một phân tử đại diện phytohormone". Nhà nghiên cứu CSIC giải thích: “Phân tử này bền hơn chính hormone ABA, có thời gian bán hủy ngắn và có thể được bổ sung vào đúng thời điểm để bảo vệ cây trồng trong các hoàn cảnh hạn hán”.

Thuốc chống hạn hán. Nguồn: UPV.

Theo nghiên cứu, sự kết hợp này giúp giảm liều lượng hóa chất nông nghiệp được sử dụng trên cây trồng vì hỗn hợp với thụ thể biến đổi giúp tăng cường tác dụng của phân tử. Pedro Luis Rodríguez tiết lộ: “Chúng tôi mong muốn cải thiện khả năng chống chịu hạn hán của cây trồng và thậm chí, trong những trường hợp đặc biệt, cho phép chúng tồn tại cho đến khi hệ thống tưới tiêu được phục hồi”. Ông nói: “Mục đích là phát triển các loại thuốc chống hạn hán bằng cách áp dụng kiến thức phân tử tiên tiến được phát triển trong thế giới thực vật”.

Để thực hiện công việc này, các nhà nghiên cứu của CSIC đã sử dụng các chiến lược trước đây được áp dụng trong lĩnh vực y sinh học (được gọi là 'khám phá thuốc'), nhưng trong trường hợp này, được chuyển sang công nghệ sinh học nông nghiệp.

Theo các nhà nghiên cứu, "Phân tử iSB09 sẽ phải vượt qua các nghiên cứu về an toàn thực phẩm giống như bất kỳ hóa chất nông nghiệp nào khác, điều mà công ty khai thác phân tử này sẽ chịu trách nhiệm. Sự ra đời của thụ thể biến đổi, giống như tất cả các biến đổi gen, đang chờ những thay đổi trong luật pháp châu Âu, chẳng hạn như việc chấp nhận kỹ thuật CRISPR trong công nghệ sinh học nông nghiệp. Nhưng các công ty có thể sử dụng phương pháp này ở các quốc gia khác nếu nó được cho phép".

Đỗ Thị Nhạn theo Phys.org