Planter kan i vidt omfang tilpasse sig til at overleve tørke, kulde, hedebølger og oversvømmelser samt angreb fra insekter og mikroorganismer. At tilpasse sig omgivelserne er en meget vigtig del af planters overlevelsesstrategi, da de jo ikke blot kan løbe væk og finde sig et mere bekvemt sted at vokse.

Et centralt element i denne strategi er planters produktion af bioaktive stoffer, også kaldet sekundære metabolitter.

De sekundære metabolitter kan eksempelvis være vokslag på bladene, der reducerer vandfordampning, og på den måde gør planterne mere tørkeresistente. De sekundære metabolitter kan også være giftstoffer, der gør planterne uspiselige for insekter.

Indtil videre har forskere identificeret over 300.000 af sådanne bioaktive stoffer. I de fleste tilfælde har forskere kun ringe viden om disse stoffers funktion i planten.

Viden skal give mere robuste planter

Med støtte fra Det Frie Forskningsråd arbejder danske forskere på at nå til en bedre forståelse af, hvordan forskellige afgrødeplanter bruger de bioaktive stoffer.

Formålet er at finde ud af, hvordan vi mennesker på baggrund af viden om de sekundære metabolitter kan forædle planterne, så de blandt andet bedre kan modstå de igangværende klimaforandringer.

Det fortæller forskningslederen bag projektet, professor Birger Lindberg Møller fra Plantebiokemisk Laboratorium på Københavns Universitet.

»I overgangen til et biobaseret samfund kommer planter til at spille en helt central rolle. De skal først og fremmest producere mad til næsten otte milliarder mennesker. Vores forskning går ud på at udvikle kulturplanter optimeret mod dette og andre mål. Vi skal sørge for, at planterne klarer sig godt i fremtiden. Det er en forudsætning for, at vi mennesker også klarer os godt. Vi er helt afhængige af, hvad planterne producerer til os,« siger han.

Tørkeresistent plante er giftig

Forskningsprojektets første succes er durraplanten, der dyrkes i de fleste subtropiske og tropiske egne på Jorden. Durraplanten er særdeles tørkeresistent, hvilket er en vigtig egenskab, når vi tænker på de usikre klimaforhold, vi går i møde.

Under en ekstrem tørkeperiode er durraplanten typisk den eneste afgrøde, der overlever, men tørkeresistensen har en pris.

Når durraplanten udsættes for ekstrem tørke, producerer den forøgede mængder af de bioaktive stoffer cyanogene glucosider i bladene. Når kvæg æder bladene, nedbrydes de bioaktive stoffer til giftigt cyanid.

Det betyder at bønderne ikke kan sætte deres dyr til at græsse på en durramark i tørkeperioder, når der er allermest behov for det. Det reducerer værdien af durraplanten som foderafgrøde.

Forskere fjerner gift fra durraplanten

Durradyrkerne kan nu se frem til en hjælpende hånd fra forskerne på Københavns Universitet.

»Ved klassisk mutationsforædling er det lykkedes os at forhindre durraplanten i at ophobe de cyanogene glucosider i bladene, når den udsættes for tørkestress. Denne mutant kan derfor heller ikke danne giftigt cyanid, når den anvendes som kvægfoder,« forklarer Birger Lindberg Møller.

I forsøget har forskerne forårsaget tilfældige mutationer i 53.000 durrafrø ved hjælp af mutationsfremkaldende stoffer. Herefter er frøene sået på marker nær Brisbane i Australien.

Alle planterne blev analyseret for deres evne til at frigive cyanid. Forskerne fandt frem til én enkelt plante, hvor cyaniddannelsen var blokeret på grund af en punktmutation i et essentielt gen.

Frøene fra denne plante er nu opformeret gennem otte generationer, og forskerne er i gang med at krydse mutationen ind i planter, der kan dyrkes på marker i de tørkeplagede egne.

»På den måde er det problemstillinger fra den virkelige verden, vi løser med vores forskning,« siger Birger Lindberg Møller.

Kassava skal genmanipuleres for at undgå giftdannelse 

Forskerne har også arbejdet med en anden af verdens subtropiske og tropiske afgrøder – kassava.

Kassava er en meget vigtig afgrøde, da dens store stivelsesholdige rodknolde udgør 25 procent af det samlede kalorieindtag i den afrikanske befolkning. Men rodknolden indeholder også cyanogene glucosider. Det er derfor nødvendigt at forarbejde rodknolden meget omhyggeligt for at undgå tilfælde af cyanidforgiftning.

Desværre medfører forarbejdningen, at kassavaknolden mister meget af sit protein-, mineral- og vitaminindhold, så der næsten kun er stivelse tilbage – altså tomme kalorier.

Det har forskerne fra Københavns Universitet også gjort noget ved.

»Ved hjælp af en enkelt gensplejsning kan vi næsten fuldstændig blokere dannelsen af det bioaktive stof, der udvikler cyanid i kassava. Derved kan forbehandlingen undgås, og mange af de gode næringsstoffer kan bevares. Det er typisk næringsstoffer, der er et stort behov for i fattige landbefolkninger. Desværre tror jeg dog ikke, at tiden er moden til, at der udplantes gensplejset kassava i eksempelvis Afrika,« siger Birger Lindberg Møller.

Forsker i bitre mandler

Forskerne arbejder også med andre vigtige planter herunder mandeltræer.

Et mandeltræ kan give enten søde eller bitre mandler. Det er de søde mandler, der efterspørges og bruges i fødevareindustrien, og som indgår i den daglige madlavning. De bitre mandler har ingen værdi for os mennesker.

Når en mandelplantage tilplantes, ved ejeren fra start ikke, om det enkelte træ kommer til at bære eftertragtede søde mandler eller bitre giftige mandler.

Det kan først afgøres, når der efter nogle år kommer mandler på træet.

Hvis mandlerne er bitre, rives træerne op, og det giver huller i plantagen og dermed produktionstab.

Kan måle sødme på spirerne

De danske forskere har nu fundet ud af, at cyanogene glucosider, der giver den bitre smag, både dannes i den søde og bitre mandel i omtrent samme mængde.

Men i den søde mandel nedbrydes det bioaktive stof, når det transporteres ind i mandelkernen og bruges som kulhydrat- og kvælstofkilde til at optimere mandelkernens vækst.

I den bitre mandel nedbrydes det bitre giftige stof først, når mandlen spirer og bidrager derfor med ekstra næring til spiren, samtidig med at den bitre mandelkerne er bedre beskyttet mod at blive ædt af insekter. 

Det samme bioaktive stof kan derfor bruges forskelligt af mandeltræet afhængigt af naturligt nedarvede genetiske forskelle. Det er disse genetiske forskelle, forskerne nu er meget tæt på at have styr på.

»Om mandler er søde eller bitre skyldes en genetisk nedarvet egenskab. Vi er meget tæt på at finde genetiske markører, der gør os i stand til tidligt at afgøre, om mandelspiren udvikler sig til et træ, der producerer søde eller bitre mandler. Så kan plantageejeren være sikker på kun at plante mandeltræer, der producerer søde mandler og undgår derved et markant udbyttetab,« siger Birger Lindberg Møller.

Der arbejdes også med andre kulturplanter

Foruden durraplanter, kassava og mandler kigger forskerne også på byg og eukalyptus.

I byg studeres, hvilken betydning variationer i indholdet af cyanogene glucosider og andre beslægtede bioaktive stoffer har for bygs resistens mod meldug – en svampeparasit, som danner gråhvide, tørre belægninger og misdanner skud.

Eucalyptus bruges som et modelsystem til at afklare, hvorledes planten regulerer på, på hvilket udviklingstrin i træets livscyklus der skal produceres cyanogene glucosider. 

»Hovedformålet med forskningsinitiativet er at forstå cyanogene glucosiders betydning for planters vækst og udvikling, og på hvilke måder de sætter planter i stand til bedre at tilpasse sig de store udfordringer, de møder. Med den viden for hånden kan planterne så ved hjælp af klassisk eller molekylær forædling gøres endnu mere robuste og klar til fremtiden,« forklarer Birger Lindberg Møller.