Попередня обробка ґрунту етанолом допомогла вберегти пшеницю та рис від засухи

Етанол може допомогти сільськогосподарським культурам вижити під час посухи. Таке відкриття зробили науковці під час нового дослідження, яке провели у Науковому центрі стійкого використання ресурсів RIKEN (Японія). Під керівництвом Мотоакі Секі дослідники продемонстрували, що додавання етанолу в ґрунт дозволяє рослинам, зокрема рису та пшениці, спокійно існувати два тижні без води. Оскільки етанол є безпечним, дешевим і широкодоступним, це відкриття пропонує практичний спосіб збільшити виробництво харчових продуктів в усьому світі без потреби у дорогому та довготривалому виробництві генетично модифікованих рослин.

У майбутньому передбачається неухильне зростання чисельності населення та збільшення дефіциту води, спричинене зміною клімату. Ці дві умови неминуче призведуть до дефіциту продовольства, якщо не буде вжито заходів. Один із варіантів — знайти спосіб запобігти загибелі сільськогосподарських рослин, коли вони не мають доступу до води. Генетична модифікація рослин, що стосується того, щоб їхні продихи (пори в листі) залишалися закритими, була певною мірою ефективною, оскільки це запобігає виходу води з рослин. Однак виробництво генетично модифікованих рослин є дорогим та трудомістким, і країни з найбільшою потребою можуть не мати рівного доступу до цих модифікованих культур.

Пан Секі разом зі своєю командою працювали над іншим підходом. Зважаючи на те, що рослини виробляють етанол, коли їм не вистачає води, вони прийшли до висновку, що забезпечення рослин етанолом захистить їх від майбутньої посухи. Щоб перевірити цю гіпотезу, дослідники близько двох тижнів вирощували рослини з достатньою кількістю води. Потім вони попередньо обробляли ґрунт етанолом протягом трьох днів, після чого позбавляли води протягом двох тижнів. Близько 75% рослин пшениці та рису, оброблених етанолом, вижили після повторного зволоження, тоді як необроблених рослин вижило менш як 5%.

Продемонструвавши те, що етанол може захистити ці дві важливі культури від посухи, науковці далі пояснили чому вони зосередившись на модельній рослині Arabidopsis. Спочатку дослідники подивилися на листя та виявили, що незабаром після того, як рослини Arabidopsis, оброблені етанолом, були позбавлені води, їхні продихи закривалися, а температура листя підвищувалася. На 11 і 12 день позбавлення води ці рослини утримували більше води в листі, ніж необроблені рослини.

Потім дослідники проаналізували експресію генів до та під час позбавлення води та позначили етанол радіоактивними мітками перед попередньою обробкою. Це дозволило їм побачити, які процеси активізуються під час посухи та що відбувається з етанолом після того, як він поглинається корінням рослин. Ще до того, як було позбавлено води, рослини, оброблені етанолом, почали експресувати гени, які зазвичай утворюються під час позбавлення води. Крім того, приблизно в той самий час, коли вміст води в необробленому листі падав, оброблені етанолом рослини виробляли цукор з етанолу та проводили фотосинтез.

За словами Мотоакі Секі, обробка ґрунту етанолом пом’якшує посуху з кількох сторін. По-перше, гени, пов’язані з посухою, експресуються ще до того, як втрачається вода, що дає рослинам фору в підготовці. Потім продихи закриваються, дозволяючи листям утримувати більше води. У той же час частина етанолу використовується для виготовлення різноманітних цукрів, які забезпечують таку необхідну енергію, яку зазвичай важко отримати із закритими продихами.

«Ми виявили, що обробка звичайних культур, таких як пшениця та рис екзогенним етанолом може збільшити врожайність під час посухи. Як і в Arabidopsis, це, ймовірно, відбувається через зміни в метаболомічних і транскриптомних профілях, які регулюють реакцію на стрес від посухи. Це пропонує нам дешевий та простий спосіб підвищити врожайність навіть за обмеженої кількості води без необхідності генетичної модифікації», — повідомив пан Секі.