Этанол может помочь растениям выжить во время засухи, говорится в новом исследовании, проведенном в Центре исследований устойчивых ресурсов RIKEN в Японии. Исследователи под руководством Мотоаки Секи показывают, что добавление этанола в почву позволяет растениям, в том числе рису и пшенице, расти после двух недель без воды. Поскольку этанол безопасен, дешев и широко доступен, это открытие предлагает практический способ увеличить производство продуктов питания во всем мире, когда воды не хватает, без необходимости дорогостоящего, трудоемкого и иногда противоречивого производства генетически модифицированных растений. Исследование было опубликовано 25 августа в журнале Plant and Cell Physiology.
Обозримое будущее включает в себя неуклонный рост населения и увеличение нехватки воды , вызванное изменением климата , два условия, которые неизбежно приведут к нехватке продовольствия, если не будут приняты меры. Один из вариантов — найти способ предотвратить гибель растений, когда у них нет доступа к воде. Генетическая модификация растений таким образом, чтобы их устьица — поры в листьях — оставались закрытыми, оказалась довольно эффективной, потому что это предотвращает выход воды из растений. Однако создание генетически модифицированных растений является дорогостоящим и трудоемким процессом, а страны с наибольшей потребностью могут не иметь равного доступа к этим модифицированным культурам.
Секи и его команда работали над другим подходом. Зная, что растения производят этанол, когда им не хватает воды, они пришли к выводу, что если дать им растения, то они защитятся от засухи в будущем. Чтобы проверить эту гипотезу, они выращивали растения около двух недель с достаточным количеством воды. Затем они предварительно обрабатывали почву этанолом в течение трех дней, а затем обезвоживали в течение двух недель. Около 75% обработанных этанолом растений пшеницы и риса выжили после повторного полива, в то время как выжило менее 5% необработанных растений.
Показав, что этанол может защитить эти две важные культуры от засухи, они затем решили объяснить, почему, сосредоточившись на модельном растении арабидопсис. Сначала они посмотрели на листья. Они обнаружили, что вскоре после того, как растения арабидопсиса, обработанные этанолом, были лишены воды, их устьица закрылись, а температура листьев повысилась. К 11 и 12 дням лишения воды эти растения сохраняли в своих листьях больше воды, чем необработанные растения.
Затем исследователи проанализировали экспрессию генов до и во время лишения воды и пометили этанол перед предварительной обработкой. Это позволило им увидеть, какие процессы активизировались во время засухи и что происходило с этанолом после того, как он был поглощен корнями растений. Еще до лишения воды растения, обработанные этанолом, начали экспрессировать гены, которые обычно экспрессируются при лишении воды. Кроме того, примерно в то же время, когда содержание воды в необработанных листьях падало, растения, обработанные этанолом, производили сахара из этанола и осуществляли фотосинтез.
Секи говорит, что обработка почвы этанолом смягчает засуху по нескольким направлениям. Во-первых, гены, связанные с засухой, экспрессируются еще до того, как исчезнет вода, что дает растениям преимущество в подготовке. Затем устьица закрываются, позволяя листьям удерживать больше воды. В то же время часть этанола используется для производства различных сахаров, которые обеспечивают столь необходимую энергию, которую обычно трудно получить при закрытых устьицах.
«Мы обнаружили, что обработка обычных культур, таких как пшеница и рис, экзогенным этанолом может увеличить урожайность во время засухи. Как и в случае с арабидопсисом, это, вероятно, происходит за счет изменений в метаболических и транскриптомных профилях, которые регулируют реакцию на засуху и стресс», — говорит Секи. «Это предлагает нам дешевый и простой способ увеличить урожайность даже при ограниченном количестве воды без необходимости генетической модификации».
