Уксус: простой и дешёвый способ помочь растениям пережить засуху

Исследователи из Центра устойчивых ресурсов RIKEN (CSRS) обнаружили новый и простой способ повысить устойчивость широкого спектра растений к засухе. В исследовании, опубликованном в Nature Plants, сообщается о недавно открытом биологическом пути, который активируется в условиях засухи. Изучив детали этого пути, учёные смогли повысить устойчивость к засухе, просто выращивая растения в уксусе.

Работа под руководством Чон-Мён Кима и Мотоаки Секи из RIKEN CSRS началась с открытия новых мутантов Arabidopsis с высокой засухоустойчивостью, причина которой была неизвестна. У этих растений есть мутация в ферменте HDA6 (гистондеацетилаза6). Первой целью исследования было выяснить, как именно эта мутация позволяет растениям нормально расти в условиях сильной и продолжительной засухи.

Проект привёл к нескольким важным открытиям. Учёные не только обнаружили, что внешнее применение уксуса может повысить засухоустойчивость у Arabidopsis, но и выяснили, что этот путь регулируется эпигенетически и консервативен для таких сельскохозяйственных культур, как кукуруза, рис и пшеница.

Первоначальные тесты на обычных растениях Arabidopsis в условиях засухи показали, что общегеномная экспрессия hda6 связана с активацией биологического пути, производящего ацетат — основной компонент уксуса. У мутантных растений в тех же условиях этот путь был активирован ещё сильнее, и они производили больше ацетата. Дальнейший анализ показал, что активность фермента HDA6 действует как переключатель, контролирующий тип активного метаболического пути. Обычно растения расщепляют сахар для получения энергии, но во время засухи они переключаются на путь, производящий ацетат.

Команда измерила уровень ацетата у обычных растений и обнаружила, что количество ацетата, производимого во время засухи, напрямую коррелирует с их выживаемостью. Для подтверждения этого они протестировали растения с мутациями в двух генах пути биосинтеза ацетата. Результаты показали, что эти растения производили меньше ацетата и были более чувствительны к засухе, чем обычные растения.

Эти результаты предсказывали, что увеличение количества ацетата в растениях может помочь им пережить засуху. Команда проверила эту гипотезу, выращивая обычные растения в условиях засухи с обработкой уксусной кислотой, другими органическими кислотами или водой. Они обнаружили, что через 14 дней более 70% растений, обработанных уксусной кислотой, выжили, в то время как практически все остальные растения погибли.

Учёные определили всю сигнальную цепь от переключателя HDA6 и поняли, что этот путь высоко консервативен у разных видов растений. Они провели тот же эксперимент и обнаружили, что засухоустойчивость также повысилась у риса, пшеницы и кукурузы при выращивании в оптимальных концентрациях уксусной кислоты.

Ким отмечает значимость этого открытия: «Хотя трансгенные технологии можно использовать для создания более засухоустойчивых растений, мы также должны разрабатывать простые и менее дорогие технологии, поскольку генетически модифицированные растения доступны не во всех странах. Мы ожидаем, что внешнее применение ацетата к растениям станет полезным, простым и менее дорогим способом повысить засухоустойчивость у самых разных растений».