Большая совместная работа под руководством Чон-Мён Кима и Мотоаки Секи из RIKEN CSRS началась с открытия новых мутантов арабидопсиса, которые обладают сильной засухоустойчивостью, хотя причины были неизвестны. Эти растения имеют мутацию фермента под названием HDA6 (гистондеацетилаза6), и первая цель текущего исследования состояла в том, чтобы точно определить, как эта мутация позволяет растениям нормально расти в тяжелых и продолжительных условиях без воды.Ким и Секи говорят, что этот проект привел к нескольким важным открытиям.
Они не только обнаружили, что внешнее нанесение уксуса может повысить устойчивость растений Arabidopsis к засухе, но также обнаружили, что этот путь регулируется эпигенетически и сохраняется в обычных культурах, таких как кукуруза, рис и пшеница.Первоначальные испытания на нормальном арабидопсисе в условиях стресса засухи показали, что экспрессия hda6 в масштабе всего генома связана с активацией биологического пути, который производит ацетат, основной компонент уксуса.
У мутировавших растений они обнаружили, что в тех же условиях этот путь активизировался еще больше, и растения производили большее количество ацетата. Дальнейший анализ показал, что активность фермента HDA6 действует как переключатель, который контролирует, какой тип метаболического пути является активным. Обычно растения расщепляют сахар для получения энергии, но во время засухи они переключаются на путь производства ацетата.
Затем команда измерила уровни ацетата у нормальных растений и обнаружила, что количество ацетата, производимого 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 производили меньше ацетата и были более чувствительны к засухе, чем нормальные растения.
Эти результаты предсказывают, что увеличение количества ацетата в растениях может помочь им пережить засуху. Команда проверила эту гипотезу, выращивая нормальные растения в условиях засухи и обрабатывая 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 высоко консервативен у разных видов растений. Они провели тот же эксперимент, что и описанный выше, и обнаружили, что устойчивость к засухе также увеличивалась у риса, пшеницы и кукурузы, когда растения выращивали в оптимальных концентрациях уксусной кислоты.
Ким отмечает важность этого открытия. «Хотя трансгенные технологии могут использоваться 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 нанесение ацетата на растения будет полезный, простой и менее дорогой способ повысить засухоустойчивость различных растений ».