Kan det næste gennembrud inden for hvedeforædling ske under jorden?

Af: Kimie Kongsøre

Hvad nu, hvis fremtidens hvedeforædling ikke kun handler om selve planten, men også om hvor godt den samarbejder med de millioner af mikroorganismer, der lever omkring dens rødder?

Det spørgsmål skal et nyt europæisk forskningsprojektet, EVOLVE, undersøge.

Projektet ledes af lektor Ivan A. Paponov fra Institut for Fødevarer ved Aarhus Universitet og har fået 4,27 millioner euro fra EU. I de kommende tre år skal forskere fra otte organisationer i syv lande undersøge, om hvede kan sende biologiske signaler til mikroorganismerne omkring rødderne – og om nogle hvedegenotyper er bedre end andre til at påvirke mikroorganismer på en måde, der gavner planten.

Små biologiske pakker kan sende signaler

Under en hvedemark foregår der langt mere, end man kan se med det blotte øje.

Hvedens rødder er omgivet af et komplekst samfund af mikroorganismer. Nogle kan hjælpe planten med at få adgang til næringsstoffer, mens andre kan bidrage til, at planten bedre kan håndtere tørke og andre former for stress.

Planterne er samtidig ikke passive. Rødderne frigiver forskellige stoffer, som kan påvirke mikroorganismerne omkring dem.

EVOLVE fokuserer blandt andet på såkaldte ’ekstracellulære vesikler’: bittesmå membranomsluttende partikler, der kan transportere biologiske molekyler.

”Man kan tænke på dem som små pakker. De er omgivet af en membran og kan indeholde biologiske molekyler som små RNA-molekyler,” forklarer Ivan A. Paponov.

Forskerne vil undersøge, om disse små pakker kan transportere signaler fra hvedens rødder til bestemte mikroorganismer, og om mikroorganismerne reagerer på signalerne på en måde, der gavner planten.

Kan det blive en ny egenskab i planteforædlingen?

Traditionelt udvælger planteforædlere hvede efter egenskaber som højt udbytte, kvalitet og evnen til at klare tørke eller andre former for stress.

Men EVOLVE undersøger, om en helt anden egenskab også kan blive interessant: Hvor godt samarbejder planten med mikroorganismerne omkring sine rødder?

Forskellige hvedegenotyper kan nemlig producere forskellige biologiske signaler. Nogle planter kan derfor være bedre end andre til at påvirke mikroorganismer på en måde, der forbedrer plantens næringsoptagelse eller hjælper den med at håndtere stress.

”For os åbner det en spændende ny mulighed inden for planteforædling. Men først skal vi finde ud af, om idéen rent faktisk virker,” siger Ivan A. Paponov.

Projektet starter med 48 forskellige hvedegenotyper. Forskerne vil kombinere blandt andet plantebiologi, molekylærbiologi, mikrobiologi, bioinformatik og kunstig intelligens for at finde mønstre i det komplekse samspil mellem planter og mikroorganismer.

Kan mikroorganismer hjælpe hvede med at bruge kvælstof bedre?

Et centralt spørgsmål i projektet handler om kvælstof.

Hvede har brug for kvælstof for at vokse, og landbruget tilfører store mængder gennem gødning. Men planten optager ikke alt det kvælstof, der tilføres jorden, og noget kan derfor gå tabt til miljøet.

Forskerne vil undersøge, om hvede kan påvirke mikroorganismer, som bidrager til tilgængeligheden af næringsstoffer – og om ekstracellulære vesikler og de biologiske molekyler, de transporterer, spiller en rolle.

Projektet undersøger også algebaserede biogødninger. Her er idéen ikke kun at tilføre næringsstoffer til jorden, men også at undersøge, om alger kan bidrage med biologiske signaler, der påvirker mikroorganismerne omkring planternes rødder.

Med andre ord undersøger forskerne, om en biogødning i fremtiden kan gøre mere end blot at ”fodre” planten – og i stedet være med til at påvirke det mikrobielle samfund omkring rødderne.

Hvad sker der, når hveden mangler vand?

Tørke er et andet vigtigt fokusområde.

Nogle mikroorganismer omkring planterødder kan hjælpe planter med at klare vandmangel. EVOLVE skal undersøge, om ekstracellulære vesikler fra hvede kan påvirke disse mikroorganismer, og om forskellige hvedegenotyper er forskellige i deres evne til at gøre det.

Hvis forskerne kan identificere nyttige forskelle mellem hvedegenotyper, kan resultaterne på længere sigt måske bidrage til at udvikle hvede, der bedre kan fastholde udbytte og kvalitet under vanskelige dyrkningsforhold.

Men forskerne understreger, at der er tale om en hypotese, som projektet netop skal teste:

”Vi ved endnu ikke, om disse interaktioner fungerer på den måde, vi tror. Først skal vi finde ud af, hvilke signaler planterne producerer, hvordan de virker, hvilke mikroorganismer der reagerer på dem, og om der er forskel mellem forskellige hvedegenotyper,” siger Ivan A. Paponov.

Et nyt blik på fremtidens afgrøder

EVOLVE samler otte organisationer fra Danmark, Israel, Polen, Østrig, Tyskland, Spanien og Frankring. Aarhus Universitet koordinerer projektet.

Projektet har fået 4.268.983 euro fra EU gennem Horizon Europe, EIC Pathfinder Challenges, og løber i 36 måneder.

Hvis forskerne kan dokumentere, at mekanismerne fungerer som forventet, kan projektet være med til at åbne en ny vej inden for planteforædling.

I stedet for kun at se på, hvad en plante selv kan, kan fremtidens forædlere måske også se på, hvor godt planten samarbejder med det mikroskopiske samfund omkring dens rødder.

Læs den fulde historie på Aarhus Universitets Institut for Fødevarers hjemmeside: https://food.au.dk/currently/news/nyhed/artikel/what-if-the-next-breakthrough-in-wheat-breeding-happens-below-ground

Kontakt:

Ivan A. Paponov, Lektor, Institut for Fødevarer, Aarhus Universitet
Tlf.: +45 20 98 60 16
E-mail: ivpa@food.au.dk

Kimie Kongsøre, Science Communicator og Journalist, Institut for Fødevarer, Aarhus Universitet
Tlf.: +45 20 84 43 63
E-mail: kiko@food.au.dk