Ученые заставили виноград перестраивать обмен веществ при нехватке воздуха

Изменение климата ставит перед виноделием новые вызовы: повышение температур и непредсказуемые осадки приводят к избыточному накоплению сахара и потере кислотности в ягодах винограда. Это нарушает баланс, необходимый для производства качественных вин, передает источник.

Ранее считалось, что количество сахара в ягодах напрямую зависит от поступления углерода, производимого листьями в процессе фотосинтеза. Однако механизм внутренней перестройки метаболизма виноградной ягоды при дефиците этого ресурса оставался неясным. Понимание этих процессов критически важно для адаптации виноградарства к новым климатическим условиям.

Китайские и французские ученые провели эксперимент, в ходе которого искусственно ограничили поступление углерода для сорта Каберне Совиньон, удалив часть листьев на лозах. Исследователи детально изучили изменения в биохимическом составе ягод, активности ферментов и экспрессии генов.

Результаты показали, что при дефиците углерода содержание основных сахаров (сахарозы, глюкозы, фруктозы) снизилось на 27-30%. Парадоксально, но промежуточные продукты распада сахаров, такие как глюкозо-6-фосфат, наоборот, увеличились. Это свидетельствует о перенаправлении метаболических путей для обеспечения ягоды энергией. Также были зафиксированы изменения в азотном обмене и механизмах осмотической регуляции, что подтверждается колебаниями уровней аминокислот. Анализ активности генов выявил значительные изменения в работе тысяч генов, отвечающих за углеводный и аминокислотный обмен. При этом максимальная активность большинства ферментов осталась прежней, что указывает на изменение их функциональной роли и перераспределение метаболических потоков, а не на изменение их количества.

Профессор Чжаньу Дай, один из авторов исследования, отметил: "Ягода винограда функционирует как сложная метаболическая система. Даже при снижении поступления углерода она сохраняет внутреннее равновесие, перестраивая взаимосвязи между веществами, ферментами и генами. Эта гибкость позволяет ей адаптироваться к неблагоприятным условиям. Таким образом, дефицит углерода не просто замедляет обменные процессы, а перепрограммирует их для поддержания ключевых функций".

Практическое применение и стоимость:

Метод ограничения поступления углерода путем удаления листьев является доступным и широко применяемым в виноградарстве приемом, который теперь получил научное обоснование. Для виноградарей это бесплатно. Однако методы анализа, использованные в исследовании (метаболомика, транскриптомика), требуют значительных финансовых вложений и доступны лишь специализированным лабораториям. Таким образом, знание, полученное в ходе исследования, дорогостоящее, а его практическое применение – экономически выгодное.

Научная новизна:

Предыдущие исследования фокусировались на отдельных аспектах влияния дефицита листьев на содержание сахаров. Данная работа впервые представила комплексный анализ всей системы – генов, ферментов и метаболитов – одновременно. Ученые продемонстрировали, что управление метаболизмом осуществляется не столько через изменение количества ферментов, сколько через модификацию их активности и перенаправление потоков веществ. Это является новым научным подходом к пониманию адаптивных механизмов растений.