"Психолог" для картошки: как в ТГУ помогают растениям победить стресс

ТОМСК, 20 дек – РИА Томск, Карина Сапунова. Ученые Томского госуниверситета (ТГУ) вместе с белорусскими и московскими коллегами получили крупный грант на исследования стероидных "антидепрессантов" и "витаминов" для картофеля. О том, безопасны ли гормональные добавки, за счет чего грант получила именно томская команда и почему ученые не доверяют импортному картофелю – в материале РИА Томск.

Импортозамещение картофеля

Доцент вуза Марина Ефимова рассказывает: главная причина, по которой государство готово вкладывать миллионы рублей в сельское хозяйство, – это обеспечение безопасности. Причем речь не только о том, что качественными и полезными должны быть продукты питания. Вопрос еще и в том, что опасный картофель может заразить и окружающий его слой почвы, а оттуда вредные вещества попадут в другие растения.

"Недавно рассказывали: высадили в почву нечаянно импортный картофель, а потом взяли химический анализ почвы и удивились, что там обнаружилось. Неизвестно, как получают клубни импортные. Это может стоить дорого, может – дешево, но неизвестно, что это собой представляет – ведь предпринимателю нужно заработать, а вырастить урожай на "химии" пока гораздо дешевле, чем другими методами", – пояснила Ефимова.

По ее мнению, основная проблема в том, что не определены требования к качеству картофеля.

"Эта проблема не только в России – не разработаны ГОСТы во всем мире. Есть ГОСТы только по шести вирусам: их не должно быть, и все. Но помимо них еще есть много всего опасного – бактериозы, раковые заболевания, тяжелые металлы…", – пояснила собеседница агентства.

Кроме разработки требований к качеству картофеля, в России рассматриваются перспективы распространения отечественного проверенного материала. Его разработкой и внедрением новых технологий в картофелеводство в стране могут заниматься несколько крупных центров, объединяющих бизнес и науку.

Ученые ТГУ предлагают обрабатывать растения брассиностероидами – гормонами класса стероидов.

"Чем мне нравятся стероидные гормоны – они увеличивают и урожай, и продуктивность, потому что обычно один препарат делает либо то, либо другое", – пояснила научный интерес Ефимова.

Не опаснее морковки

Первый брассиностероид – брассинолид – был выделен американскими учеными почти 40 лет назад. Чтобы получить всего 40 миллиграммов этого соединения исследователям понадобилось 226 килограммов пыльцы рапса. С тех пор были получены десятки видов этих гормонов, причем ученые научились не только выделять их из растений, но и синтезировать.

"Почему они неопасны: синтезируемые химиками стероидные гормоны являются аналогами природных, которые содержатся во всех продуктах растительного происхождения. В отличие от большинства химических стимуляторов, данные соединения нетоксичны, быстро используются и не накапливаются растением. Причем действующая концентрация брассиностероидов очень низкая, гораздо ниже, чем для других "классических" гормонов растений", – отметила Ефимова.

Она пояснила, что в настоящее время различные типы стероидов (не только фитогормоны, то есть полученные из растительного сырья, но и другие) применяются для самых разных целей.

"Считается, что брассиностероиды могут выводить радионуклиды. Сейчас на основе стероидных фитогормонов разрабатывают препараты для лечения онкологии. А еще люди едят стероидные гормоны, чтобы накопить мышечную массу. А растительные брассиностероиды – это вообще натуральное сырье: их проглотил, а они разрушились – все равно, что съел морковку", – пояснила собеседница агентства.

Меньше, чем нано

Несмотря на то, что брассиностероиды изучают по всему миру, в России с ними также работают несколько коллективов. Однако у исследователей из ТГУ есть ряд преимуществ.

В частности, еще 20 лет назад томские ученые поражали зарубежных коллег, в том числе продвинутых японцев, разнообразием изучаемых брассиностероидов.

Сейчас томичи работают совместно с белорусскими коллегами-химиками: в Институте биоорганической химии и стероидов в Минске создают новые фитогормоны, а в Томске проверяют – насколько они эффективны и для какого сорта какого растения лучше подходят. Часть препаратов уже несколько лет используются в России и за рубежом, в том числе, в КНР.

И если другие российские коллективы изучают процессы, вызываемые брассиностероидами, только на одном уровне, то в ТГУ проводят комплексную оценку, в том числе на физиологическом и молекулярном уровнях.

Томичи проверяют работу гормонов на разных типах растений. В первую очередь реакцию на стероиды проверяют у арабидопсиса – "белых мышках" ботаников. Дело в том, что у этого растения был расшифрован геном, а значит, можно получать множество сортов-мутантов – например, тех, у которых отсутствует свой брассиностероид.

Ученые также оценивают работу гормонов в разных условиях – при засухе, в холоде, на свету разного спектрального состава и интенсивности.

"Растениям достаточно кратковременной обработки, чтобы мобилизовать их защитные свойства и повысить продуктивность. Стероидами мы обрабатываем на поздних стадиях и совсем чуть-чуть – сейчас работаем с концентрацией 10 в минус 12 степени. Это меньше, чем нано – нано огромная концентрация, а для стероидных гормонов этого не нужно", – пояснила Ефимова.

Лечение лучше профилактики

Опыты позволили ученым ТГУ выяснить, что обработка различными гормонами позволяет целенаправленно изменять свойства растения. "Это не генетические изменения, это мы растению подсказываем, что нам от него нужно, и получаем. Такой "психолог" для растения", – пояснила Ефимова.

Например, ученые ТГУ вместе с московскими коллегами смогли первыми доказать, что возможно "внушить" растениям, что они находятся не в темноте, а на свету – брассиностероиды активируют гены, отвечающие в основном за участие растения в фотосинтезе. Этот процесс обычно происходит только на свету, но гормоны могут запускать его даже в темноте.

Они также выяснили, что при существующих методах и препаратах лучше всего обрабатывать растения брассиностероидами не заранее, а в то время, когда они испытывают стресс или сразу после него.

"Как себя должно вести умное растение во время стресса? Прекратить расти и начать защищаться. А брассиностероиды могут мобилизовать ресурсы и направить их в нужное русло, повлиять на синтез ДНК и белков и инициировать изменения, благодаря чему растение может подстроиться под новые условия, и у него появятся силы развиваться", – уточнила Ефимова.

Ученый пояснила, что главное, от чего страдает растение во время стресса – это водный дефицит. Помимо прочего, стероиды удерживают влагу в растении, снижая уровень стресса. Благодаря этому "пациент" не так остро реагирует на неблагоприятные условия и не тратит поддерживающую его энергию на синтез новых молекул.

Она также добавила, что томские ученые выяснили еще один парадоксальный факт, отражающий нетипичные регуляторные эффекты брассиностероидов у растений. Например, если содержание собственных брассиностероидов у растения в норме, то обработка их гормоном включает дополнительную защиту от стресса. А вот если гормона изначально не хватает, например, за счет мутации, то при стрессовом воздействии растение также запускает компенсаторные механизмы защиты.

"Витамины" для картофеля

В этом году коллектив ученых ТГУ и Института биоорганической химии и стероидов получил грант Российского научного фонда в размере 18 миллионов рублей. К 2018 году они должны подобрать технологию и гормональные средства для выращивания раннеспелого и среднеспелого картофеля в Томской области и показать механизмы, вовлеченные в процесс на разных этапах и в разных условиях.

"Рассматриваем окислительный, осмотический и другие виды стресса, что происходит в этих условиях. Например, если мы воздействуем на клубни тяжелыми металлами, нужно не допустить накопления тяжелых металлов", – пояснила Ефимова.

Она отметила, что результаты работы позволят получать максимально богатый урожай гарантированно здорового и безопасного картофеля вне зависимости от того, в каких условиях его будут выращивать. Работа ведется в несколько этапов, так как результат должны показать не лабораторные растения, а образцы, высаженные в почвенные условия.

"Мы выращиваем мини-клубни на гидропонике, это супер-супер элита. Потом мы переносим их на почвы, загрязненные солями тяжелых металлов, как образец, и мы должны получить урожай гораздо выше, чем дают обычные мини-клубни, не обработанные этим гормоном. Но если в нормальной почве выращивать, тогда должен быть еще выше результат", – пояснила ученый.

Ефимова добавила, что также исследователи стремятся найти способ, который позволил бы обрабатывать растения не во время стрессовых ситуаций, а в начале сезона – это будет гораздо удобнее для фермеров.

По ее словам, параллельно команда химиков пробует разные схемы синтеза, чтобы максимально снизить стоимость препаратов и при этом сделать их более эффективными для тех или иных сортов растений.