Исследователи из Центра исследования устойчивых ресурсов RIKEN (CSRS) обнаружили новый, но простой способ повысить засухоустойчивость широкого спектра растений. Исследование, опубликованное в Nature Plants, сообщает о недавно открытом биологическом пути, который активируется во время засухи. Проработав детали этого пути, ученые смогли добиться большей устойчивости к засушливым условиям, просто выращивая растения в уксусе.
Под руководством Джонг-Мён Кима и Мотоаки Секи из RIKEN CSRS большая совместная работа началась с открытия новых мутантов арабидопсиса, обладающих сильной засухоустойчивостью, хотя причины этого неизвестны. Эти растения имеют мутацию фермента под названием HDA6 (гистондеацетилаза6), и первой целью настоящего исследования было точно определить, как именно эта мутация позволяет растениям нормально расти в суровых и продолжительных условиях без воды.
Ким и Секи говорят, что этот проект привел к нескольким важным открытиям. Они не только обнаружили, что наружное применение уксуса может повысить засухоустойчивость арабидопсиса, но также обнаружили, что этот путь эпигенетически регулируется и сохраняется у обычных культур, таких как кукуруза, рис и пшеница..
Первоначальные испытания на нормальном арабидопсисе в условиях засушливого стресса показали, что широкогеномная экспрессия hda6 была связана с активацией биологического пути, который производит ацетат, основной компонент уксуса. У мутировавших растений они обнаружили, что в тех же условиях этот путь активировался еще больше, и растения производили большее количество ацетата. Дальнейший анализ показал, что активность фермента HDA6 действует как переключатель, контролирующий активный тип метаболического пути. Обычно растения расщепляют сахар для получения энергии, но во время засухи они переключаются на путь производства ацетата.
Затем команда измерила уровень ацетата в нормальных растениях и обнаружила, что количество ацетата, вырабатываемого растениями во время засухи, напрямую коррелирует с тем, насколько хорошо они выживают. Чтобы подтвердить это, они протестировали растения с мутациями в двух генах, обнаруженных в пути биосинтеза ацетата. Результаты показали, что эти растения производят меньше ацетата и более чувствительны к засухе, чем обычные растения.
Эти результаты показали, что увеличение количества ацетата в растениях может помочь им пережить засуху. Команда проверила эту гипотезу, выращивая нормальные растения в условиях засухи и обрабатывая их 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.
Ученые нанесли на карту весь сигнальный путь от переключателя HDA6 и поняли, что этот путь в высокой степени консервативен у разных видов растений. Они провели тот же эксперимент, что и описанный выше, и обнаружили, что засухоустойчивость также повышалась у риса, пшеницы и кукурузы, когда растения выращивались в оптимальных концентрациях уксусной кислоты.
Ким отмечает важность этого открытия. «Хотя трансгенные технологии можно использовать для создания растений, более устойчивых к засухе, мы также должны разработать простые и менее дорогие технологии, поскольку генетически модифицированные растения доступны не во всех странах. Мы ожидаем, что внешнее применение ацетата к растениям будет полезный, простой и недорогой способ повысить засухоустойчивость различных растений».