Из-за глобального изменения климата температура растет, а дожди выпадают нерегулярно. Для виноделия это настоящая головная боль: ягоды винограда накапливают слишком много сахара и теряют кислоту. Нарушается тот самый тонкий баланс, который и делает вино благородным.

Оказывается, накопление сахара в винограде зависит от соотношения «источник-приемник». Источник — это листья, которые через фотосинтез добывают углерод. Приемник — сами ягоды, куда этот углерод притекает. Ученые и раньше изучали, как меняются сахара и кислоты, но никто толком не понимал, как именно ягода перестраивает всю свою внутреннюю кухню — обмен веществ, работу ферментов и активность генов — когда углерода поступает мало. А понять это жизненно важно, чтобы выращивать виноград в новом жарком климате.

И вот группа исследователей из Института ботаники Китайской академии наук вместе с французскими коллегами из INRAE и Университета Бордо опубликовала в журнале Horticulture Research результаты опыта. Они взяли сорт винограда Каберне Совиньон и искусственно ограничили поступление углерода — просто удалили часть листьев. На каждой ветке оставляли всего два-три листа вместо обычного количества. Потом смотрели, как ягоды приспосабливаются к такому голодному пайку. Ученые измерили все подряд: какие вещества накапливаются, как работают ферменты, какие гены включаются и выключаются.

Вот что выяснилось. Когда углерода в обрез, сахароза, глюкоза и фруктоза в ягодах упали на 27-30 процентов, что вполне логично. Но странность заключается в следующем: промежуточные продукты распада сахара — например, глюкозо-6-фосфат и другие — не упали, а наоборот, выросли. Ягода перенаправила метаболизм, чтобы хоть как-то  добывать энергию. Аминокислоты вроде глутамина и аргинина накопились, зато пролин и гамма-аминомасляная кислота ушли в минус. Значит, перестроился и азотный обмен, и механизмы осмотической регуляции. Анализ активности генов показал, что тысячи генов изменили свою работу, особенно те, что отвечают за углеводный и аминокислотный обмен. Причем большинство ферментов почти не поменяли свою максимальную активность. То есть дело не в том, сколько фермента, а в том, как он работает и как потоки веществ перенаправляются.

Профессор Чжаньу Дай, автор работы, сказал так:

Ягода винограда работает как тонко настроенная метаболическая система. Даже когда углерода поступает меньше, она сохраняет внутреннее равновесие — просто перестраивает связи между веществами, ферментами и генами. Это гибкость позволяет выживать в трудных условиях. Получается, нехватка углерода не просто замедляет обмен — она его перепрограммирует, чтобы сохранить главные функции.

Анализ доступности и цены исследования

Сама технология — это не прибор за миллион долларов, а обычное удаление листьев. Такой прием давно используют виноградари, просто теперь его научно обосновали. Для обычного фермера это бесплатно: обрезать лишние листья на лозах может любой. А вот методы анализа — метаболомика, транскриптомика — стоят огромных денег, от сотен тысяч до миллионов рублей за один эксперимент. Обычная лаборатория их не потянет. Так что знание дорогое, а применение дешевое.

Прорыв ли это

До сих пор ученые знали, что при нехватке листьев сахара падает. Но никто не смотрел на всю систему целиком: гены, ферменты, вещества одновременно. Ученые впервые показали, что управление идет не через количество ферментов, а через их работу и перенаправление потоков. Для науки это ново, для практики — уточнение старого правила.

Возможный вред и доступность

Исследование полностью этичное. Растениям просто обрезали листья — не больнее, чем обычная обрезка сада. Никакой генной инженерии, ни одного животного не пострадало.

Можно испытать эту разработку в любой момент. Вырастите виноградную лозу на даче, оставьте на ней три листа вместо десяти — и через пару месяцев попробуйте ягоду. Она будет менее сладкой, но не факт, что вкусной.

Сравнение с аналогами

Есть два подхода: снижать сахар в ягодах за счет обрезки листьев (как здесь) или за счет затенения гроздей. Работы по затенению тоже снижают сахар, но хуже влияют на аромат. Есть химические регуляторы, но они дорогие и не везде разрешены. Удаление листьев — самый дешевый и природный способ. Минус — легко переборщить и погубить урожай.

Ограничение

Ученые работали в идеальных тепличных условиях. В полевых условиях бывает ветер, солнце, болезни, засуха. Удаление листьев там может дать совсем другой эффект. Кроме того, исследователи наблюдали всего один сорт — Каберне Совиньон. А для Рислинга или Пино-Нуар все может быть иначе. И главное: снижение сахара хорошо для климата, но коммерчески часто невыгодно — покупатели любят сладкое вино.

Ранее виноградари всего мира забили тревогу из-за изменения климата.