Ученые создали инструмент, который позволяет заглянуть внутрь листьев, стеблей и корней мандарина-клементина и понять, как именно в них протекают обменные процессы. Это часть большой работы по улучшению урожайности, вкуса и питательности цитрусовых и других культур — даже в условиях засухи, болезней и вредителей.

Команда из Калифорнийского университета в Сан-Диего вместе с коллегами из Риверсайда и мексиканского университета в Юкатане сосредоточилась на клементине — гибриде мандарина и апельсина. Но в будущем метод можно будет применить и к другим растениям. Суть в том, чтобы разобраться, как разные части дерева реагируют на стресс — жару, нехватку воды или инфекции — и использовать эти знания для выведения более устойчивых сортов.

Результаты опубликованы в издании PNAS.

Мы сделали инструмент, который поможет не только с клементинами, но и с другими культурами, — говорит Карстен Ценглер, ведущий автор исследования. — Теперь у нас есть точная модель, которая показывает, как растение распределяет ресурсы между корнями, листьями и плодами.

Модель, названная iCitrus2616, включает:

• 2616 генов,
• 8653 метаболита,
• 10654 биохимических реакции.

Это одна из самых детальных моделей обмена веществ не только среди растений, но и вообще среди живых организмов.

С ее помощью ученые уже нашли способы:

• усилить выработку крахмала и целлюлозы, что делает растения устойчивее к засухе;
• повысить содержание флавоноидов — веществ, отвечающих за вкус и пользу фруктов.

Флавоноиды — это природные соединения, которые придают фруктам и овощам цвет, вкус и пользу. Они работают как антиоксиданты, защищая клетки от повреждений. В цитрусовых флавоноиды отвечают за горьковатый привкус кожуры и часть целебных свойств.

Кроме того, модель помогла изучить, как бактерия, вызывающая «озеленение цитрусовых» (болезнь, которая ежегодно губит миллионы деревьев), меняет метаболизм растения. Оказалось, что инфекция перестраивает энергетический обмен в листьях и корнях, и теперь это можно использовать для борьбы с болезнью.

Такие модели ускорят селекцию — мы уже видим, как они помогают оптимизировать рост растений, — говорит Ценглер.

Главное преимущество этой работы — конкретика. Модель не просто описывает метаболизм, а сразу дает практические решения: как повысить урожайность, улучшить вкус или защитить дерево от болезней. Например, фермеры смогут точнее подбирать удобрения, а селекционеры — быстрее выводить сорта, устойчивые к засухе.

Особенно важно, что метод можно адаптировать под другие культуры. Если сегодня это клементины, завтра — яблоки или пшеница. В условиях климатических изменений такие инструменты критически нужны сельскому хозяйству.

Модель построена на данных одного сорта клементина — но цитрусовые крайне разнообразны. Будет ли она так же точна для лимонов или грейпфрутов? Пока это не проверено. Кроме того, модель требует огромных вычислительных мощностей — сможет ли обычная агрофирма ее использовать?

Ранее ученые нашли связь между диетой и здоровым старением. Цитрусовые там играют не последнюю роль.