Международная группа ученых под руководством специалистов из Университета Тохоку (Япония) создала новый класс химических соединений, которые помогают растениям легко переносить сильную засуху. Открытие позволяет защитить сельскохозяйственные культуры от аномальной жары без замедления их роста и снижения урожайности. Результаты научной работы опубликованы в издании Nature Communications.

Как защитить растения от засухи

Глобальное изменение климата все чаще приводит к длительной нехватке воды и разрушительной жаре. В нормальных условиях при наступлении засухи растения самостоятельно выделяют естественный гормон под названием абсцизовая кислота. Это вещество заставляет поры на листьях закрываться, чтобы удерживать драгоценную влагу внутри тканей. Однако гормон имеет серьезные побочные эффекты, так как он одновременно останавливает рост корней, замедляет развитие плодов и погружает семена в длительную спячку.

«Мы хотели, чтобы растения экономили воду для повышения выживаемости, но не хотели, чтобы они переставали расти, — объясняет Нобуюки Уодзуми из университета Тохоку.  — Чтобы достичь идеального результата, мы нашли соединения, которые подавляют молекулы, способствующие открытию устьиц».

Ученые поставили перед собой задачу найти способ заблокировать испарение воды без остановки развития культуры. Исследователи обратили внимание на калиевые каналы внутри клеток листьев, которые отвечают за открытие пор. Биологи начали искать вещества, способные избирательно выключать эти молекулярные каналы в период сухой погоды, чтобы сохранить правильный баланс влаги внутри растения.

Отсутствие побочных эффектов

В ходе химического анализа исследователи выделили молекулярное соединение под номером NS5806, а затем синтезировали его более эффективное производное вещество UA49. Ученые обработали этими растворами листья экспериментальных растений и зафиксировали быстрое смыкание микроскопических пор. Опрыскивание культур новыми соединениями существенно повысило их выживаемость в условиях полной засухи.

Самым главным успехом работы стало полное отсутствие негативных последствий для обрабатываемых посадок. В отличие от естественного гормона растений, новые препараты не тормозили развитие корневой системы и не мешали нормальному прорастанию семян. 

Перспективы для сельского хозяйства

Специалисты детально изучили работу найденных веществ и обнаружили ранее неизвестный науке механизм передачи сигналов внутри растительных клеток. Оказалось, что блокировка калиевых каналов вызывают активный приток ионов кальция в защитные клетки. Именно этот кальциевый импульс заставляет растение удерживать микроскопические поры на листьях плотно закрытыми до завершения периода засухи.

Авторы исследования подчеркивают огромную важность полученных результатов для мировой продовольственной безопасности. Разработанная методика позволит обрабатывать поля перед наступлением сильной жары и защищать ключевые злаковые культуры от гибели. В ближайшее время ученые планируют провести серию испытаний новых химических соединений на пшенице, кукурузе и рисе в реальных полевых условиях.