Ny DNA-test afslører planters skjulte klima-rolle

De færreste af os tænker over, hvad der sker under vores fødder, når vi går gennem en mark med hvede eller kløver. Vi ser stråene, bladene og blomsterne, men rødderne har vi i praksis ingen direkte adgang til.

Rødderne er ellers helt centrale. De holder planterne fast i jorden, skaffer vand og næringsstoffer til planten, og de bidrager til lagring af kulstof i jorden.

Men netop fordi rødderne ligger skjult, har forskere i årtier kæmpet med at måle, hvor meget biomasse der gemmer sig dernede, og hvordan forskellige arter fordeler sig.

”Vi har altid vidst, at rødderne er vigtige, men vi har manglet et præcist værktøj til at måle dem. Det svarer lidt til at have studeret havets økosystemer uden nogensinde at kunne dykke ned,” siger Henrik Brinch-Pedersen, professor ved Institut for Agroøkologi, Aarhus Universitet.

Fra mudrede gummistøvler til genetiske fingeraftryk

Indtil nu har forskere typisk målt rødder ved at grave store jordprøver op, vaske rødderne fri for jord, tørre og veje dem. En proces, der tager lang tid, og ofte bliver de fineste rødder ødelagt i processen. Det er problematisk, da det er de fine rødder, der er de mest aktive i optagelse af næringsstoffer og frigivelse af kulstof til jordmiljøet.

Den nye metode bygger i stedet på droplet digital PCR (ddPCR), som er en DNA-teknologi, hvor en jordprøve opdeles i titusinder af mikroskopiske dråber, og hver enkelt analyseres for tilstedeværelse af DNA.

Forskerne bruger en genetisk markør kaldet ITS2, som fungerer som et fingeraftryk for den enkelte art. På den måde kan de ikke bare se, at der er rødder, men også hvilke arter de tilhører, og hvor meget biomasse de repræsenterer.

”Det er lidt som at give jorden en gentest,” siger Henrik Brinch-Pedersen. ”Vi kan pludselig se den skjulte fordeling af arter og biomasse, uden at vi behøver at grave hele marken op.”

International anerkendelse

Metoden er udviklet af forskergruppen bestående af Nurbanu Shynggyskyzy, Claus Krogh Madsen, Per L. Gregersen, Jim Rasmussen, Uffe Jørgensen og Henrik Brinch-Pedersen. Den er publiceret i det anerkendte tidsskrift Plant Physiology og har allerede fået særskilt opmærksomhed i en ledsagende News & Views-artikel, hvor internationale eksperter fremhæver den som et gennembrud.

Hvad kan vi bruge det til?

Den nye teknologi åbner for en række anvendelser:

• Klimaforskning: At kunne måle præcist, hvor meget kulstof forskellige afgrøder lagrer i jorden, er afgørende for at dokumentere og forbedre landbrugets klimaindsats.
• Planteforædling: Med metoden kan forskere udvælge sorter, der sender mere biomasse ned i jorden uden at reducere udbyttet over jorden.
• Biodiversitet: I græsmarker og blandingsafgrøder kan man nu se, hvordan forskellige arter konkurrerer eller samarbejder under jorden, noget, der før var næsten umuligt.

”Vi ser et stort potentiale i at bruge metoden til at udvikle sorter, der binder mere kulstof i jorden. Det kan blive et vigtigt redskab i fremtidens landbrug,” siger Henrik Brinch-Pedersen.

Rødder som klimaløsning

Det er ikke tilfældigt, at netop rødderne har fanget forskernes interesse. Hvor vi normalt taler om vindmøller og elbiler som løsningen på klimakrisen, rummer planternes rodnet som nævnt også et stort potentiale i form af biologisk kulstoflagring.

Når planter vokser, trækker de CO₂ ud af atmosfæren og sender en del af kulstoffet ned i rødderne. Her kan det lagres i jorden i årtier eller endda århundreder, hvis altså vi kan udvikle dyrkningssystemer, der udnytter det fulde potentiale.

Men uden præcise målemetoder har det været svært at dokumentere effekten. Det er her, den nye DNA-teknologi kan blive en gamechanger.

Begrænsninger og næste skridt

Metoden er dog ikke uden udfordringer. For eksempel kan genetiske hybrider som rajgræs og italiensk rajgræs være vanskelige at skelne, fordi deres DNA ligner hinanden. Og metoden kræver, at man udvikler specifikke DNA-prober for hver art, man vil måle.

”For os er det vigtigste, at vi nu har vist, at det kan lade sig gøre. Det er fundamentet, vi kan bygge videre på. Vores vision er at udvide DNA-biblioteket, så vi på sigt kan måle mange flere arter direkte i jordprøver,” siger Henrik Brinch-Pedersen.

Hvor vi før har været afhængige af tidskrævende feltarbejde, giver den nye metode mulighed for at analysere rødder hurtigt, præcist og i langt større skala.

Det betyder, at forskere nu kan tage et præcist kig ned i den underjordiske verden, som ellers har været skjult.

Mere information

Samarbejdspartnere: Institut for Agroøkologi, Aarhus Universitet.

Finansiering: Forskningsstudiet er finansieret af Innovationfonden (projekt nummer 0224-00091B GrassTools.

Interessekonflikt: Ingen

Læs mere: Artiklen ”Digital PCR enables direct root biomas quantification and species profiling in soil samples” er udgivet i tidsskriftet Plant Physiology. Den er skrevet af: Nurbanu Shynggyskyzy, Claus Krogh Madsen, Per L. Gregersen, Jim Rasmussen, Uffe Jørgensen og Henrik Brinch-Pedersen.