Dyrkningssikre afgrøder til fremtidens klima

FNs klimapanel, IPCC vurderer, at den globale opvarmning øger risikoen for ekstremt vejr. Det vil sige mere tørke, flere hedebølger, kraftigt nedbør og større risiko for oversvømmelse. Det er et stort problem for landbruget. Ligesom mennesker har planter brug for ilt for at overleve, og det kan de ikke få, hvis de står under vand. Oversvømmelser kan derfor være mindst ligeså ødelæggende for afgrøderne som f.eks. tørke. 

Forskerholdet har opdaget, at nogle planter hurtigt bliver klar over, at de er under vand, når de oversvømmes, og at de derfor hurtigt kan igangsætte nogle redningsmekanismer for ikke at tage skade. Forskerholdet forklarer, hvordan planter bruger ethylen, som et signal til at udløse overlevelsesreaktioner under vand. Ethylen er et plantehormon, som blandt andet påvirker processer omkring blad-, knop- og frugtfald, aldring, stængelvækst, roddannelse og modning. Stresspåvirkninger øger naturligt planters ethylenproduktion. En identifikation af de plantegener, der udløser sådan en mekanisme kan potentielt bane vejen for at skabe afgrøder, der ikke alene vil være modstandsdygtige overfor stres, men måske ligefrem være oversvømmelsessikre.

Hurtige reaktioner

”Når planter opdager, at de er oversvømmet, kan de igangsætte nogle processer, som øger deres chancer for at overleve. De danner ethylen, og vi har opdaget, at det aktiverer dannelsen af hæmoglobin,” fortæller lektor Kim Hebelstrup. Han takkede ja til at blive en del af forskerholdet, da han helt tilbage fra sit ph.d.-studium har undersøgt funktionen af hæmoglobin i planter. Hæmoglobin er normalt noget, der findes i dyr og mennesker. Det findes i blodet og transporterer ilt fra lungerne og ud til organerne. 

”Det har vist sig, at hæmoglobinet i planter spiller en anden rolle. Ethylen aktiverer nemlig dannelse af hæmoglobin i planten. I planten transporterer det ikke ilt, men nedbryder en signalgas, som hedder nitrogen monoxid (NO). Og det er den reaktion, der aktiverer den overlevelsesmekanisme, der gør planterne oversvømmelsessikre,” forklarer Kim Hebelstrup. 

Forskerholdet har publiceret en artikel i Nature Communications, hvor de beskriver en række molekylære begivenheder, som udløses i planter ved oversvømmelse. De viser, at en akkumulering af ethylen via hæmoglobin i oversvømmede planter udløser overlevelsesresponsen på et tidligere tidspunkt, selv før iltniveauet i marken faktisk falder. ”Det er meget nyttigt, for en plante, som går i overlevelsestilstand tidligt, vil kunne klare sig under vand i længere tid,” forklarer Kim Hebelstrup.  

Fremtiden afgrøder

Opdagelsen giver et stort potentiale for udviklingen af oversvømmelsessikre afgrøder. ”Nu hvor vi har karakteriseret overlevelsesmekanismen, har vi mulighed for at arbejde med at udvælge og forædle sorter af afgrøder, som er dygtige til at bruge overlevelsesmekanismen,” siger Kim Hebelstrup, der fortæller at arbejdet fortsætter. ”Det her vil gøre det muligt i fremtiden at fremstille afgrøder, der nemmere kan modstå oversvømmelser.” 

Publikation

Publikationen ”Ethylene-mediated nitric oxide depletion preadapts plants to hypoxia stress” er publiceret i Nature Communications d. 5. september 2019. Skrevet af Sjon Hartman, Zeguang Liu, Hans van Veen, Jorge Vicente, Emilie Reinen, Shanice Martopawiro, Hongtao Zhang, Nienke van Dongen, Femke Bosman, George W. Bassel, Eric J.W. Fisherman, Julia Bailey-Serres, Frederica L. Theodoulou, Kim H. Hebelstrup, Daniel J. Gibbs, Michael J. Holdsworth, Rashmi Sasidharan & Laurentius A.C.J. Voesenek DOI 10.1038/s41467-019-12045-4

Yderligere oplysninger

Lektor Kim Hebelstrup, Institut for Molekylærbiologi og Genetik, Aarhus Universitet. E-mail: kim.hebelstrup@mbg.au.dk. Tlf.: 8715 8271