Ethanol kan planten helpen te overleven in tijden van droogte, zegt een nieuwe studie uitgevoerd door het RIKEN Center for Sustainable Resource Science in Japan. Onder leiding van Motoaki Seki laten onderzoekers zien dat het toevoegen van ethanol aan de aarde ervoor zorgt dat planten, waaronder rijst en tarwe, na twee weken zonder water kunnen gedijen. Aangezien ethanol veilig, goedkoop en algemeen verkrijgbaar is, biedt deze bevinding een praktische manier om de voedselproductie over de hele wereld te verhogen wanneer water schaars is, zonder de noodzaak van dure, tijdrovende en soms controversiële productie van genetisch gemodificeerde planten. De studie werd op 25 augustus gepubliceerd in Plant and Cell Physiology .

De nabije toekomst omvat een gestaag stijgende bevolking en door klimaatverandering veroorzaakte toename van watertekorten, twee omstandigheden die onvermijdelijk tot voedseltekorten zullen leiden als er geen actie wordt ondernomen. Een optie is om een ​​manier te vinden om te voorkomen dat planten doodgaan als ze geen toegang hebben tot water. Het genetisch modificeren van planten zodat hun huidmondjes - de poriën in hun bladeren - gesloten blijven, is enigszins effectief geweest omdat het voorkomt dat water de planten verlaat. Het maken van genetisch gemodificeerde planten is echter duur en tijdrovend, en landen met de grootste behoefte hebben mogelijk geen gelijke toegang tot deze gemodificeerde gewassen.

Seki en zijn team hebben aan een andere aanpak gewerkt. Omdat ze wisten dat planten ethanol produceren als ze geen water krijgen, redeneerden ze dat het geven van het aan planten hen zou beschermen tegen toekomstige droogte. Om deze hypothese te testen, kweekten ze planten gedurende ongeveer twee weken met voldoende water. Vervolgens hebben ze de grond drie dagen voorbehandeld met ethanol, gevolgd door watergebrek gedurende twee weken. Ongeveer 75% van de met ethanol behandelde tarwe- en rijstplanten overleefde na herbewatering, terwijl minder dan 5% van de onbehandelde planten het overleefde.

Nadat ze hadden aangetoond dat ethanol deze twee belangrijke gewassen kan beschermen tegen droogte, legden ze vervolgens uit waarom ze zich concentreerden op de modelplant Arabidopsis. Eerst keken ze naar de bladeren. Ze ontdekten dat kort nadat met ethanol behandelde Arabidopsis-planten geen water meer hadden, hun huidmondjes dichtgingen en de bladtemperatuur steeg. Na 11 en 12 dagen watergebrek hadden deze planten meer water in hun bladeren vastgehouden dan de onbehandelde planten.

Vervolgens analyseerden de onderzoekers de genexpressie voor en tijdens watergebrek en gaven ze de ethanol een radiotag vóór de voorbehandeling. Zo konden ze zien welke processen tijdens droogte werden geactiveerd en wat er met de ethanol gebeurde nadat deze door de plantenwortels was opgenomen. Zelfs voordat water werd onthouden, begonnen de met ethanol behandelde planten genen tot expressie te brengen die normaal tot expressie worden gebracht tijdens watergebrek. Bovendien, rond dezelfde tijd dat het watergehalte in onbehandelde bladeren daalde, maakten de met ethanol behandelde planten suikers uit de ethanol en deden ze aan fotosynthese.

Seki zegt dat het behandelen van de bodem met ethanol de droogte op verschillende fronten verzacht. Ten eerste worden droogtegerelateerde genen tot expressie gebracht nog voordat er water ontbreekt, waardoor de planten een voorsprong hebben in de voorbereiding. Daarna sluiten de huidmondjes, waardoor de bladeren meer water kunnen vasthouden. Tegelijkertijd wordt een deel van de ethanol gebruikt om een ​​verscheidenheid aan suikers te maken, die de broodnodige energie leveren die normaal gesproken moeilijk te krijgen is met gesloten huidmondjes.

"We vinden dat het behandelen van gewone gewassen zoals tarwe en rijst met exogene ethanol de gewasproductie tijdens droogte kan verhogen. Net als in Arabidopsis is dit waarschijnlijk via veranderingen in de metabolomische en transcriptomische profielen die de droogte-stressrespons reguleren", zegt Seki. "Dit biedt ons een goedkope en gemakkelijke manier om de oogstopbrengst te verhogen, zelfs als het water beperkt is, zonder dat genetische modificatie nodig is." + Verder verkennen

Droogte verandert het microbioom van rijstwortel