Kulde kan tilsyneladende kickstarte planters immunforsvar

Vi har vidst det længe: Vinterafgrøder som vinterhvede og rug skal have kulde for at blomstre og producere kerner.

Men ny, endnu ikke-publiceret forskning viser, at kuldebehandling af afgrøder kan gøre mere end det.

Resultater fra vores forskningsgruppe på Aarhus Universitet tyder nemlig på, at modtagelige hvedeplanter, som er blevet udsat for kuldebehandling, har en bedre beskyttelse mod infektion med svampesygdommen gulrust.

Dette fænomen kaldes ’kulde-induceret resistens’.

Gulrust i hvede smitter gennem luften og er en af de mest destruktive hvedesygdomme i verden med udbyttetab på helt op til 70 procent i marken, når de dyrkede hvedesorter er modtagelige.

Og det er ikke så lidt, når man tænker på, at den globale produktion af hvede er over 760 millioner tons, og at vinterhvede er en af de mest dyrkede afgrøder i Danmark.

I 2019 gik det helt galt, da sygdomsresistensen mod gulrust brød sammen i tre af de mest brugte hvedesorter i Danmark. Danske landmænd oplevede det værste angreb af gulrust i vinterhvede i 30 år.

Derfor er det enormt vigtigt, at vi udvikler hvedesorter, som har en indbygget resistens over for gulrust og på den måde ikke kan blive smittet – uanset hvilken vej, vinden blæser.

Og vores forskning tyder på, at kulde-induceret resistens måske er vejen frem.

Men før jeg dykker dybere ned i vores forskning, skal vi se nærmere på, hvad det er, der gør gulrust til så stort et problem.

Sådan smitter gulrust

Gulrust skyldes en svamp, som tilhører en gruppe af svampe med nogle af naturens mest komplekse livscyklusser.

Gulrustsvampen med det latinske navn Puccinia striiformis har hele fem forskellige slags sporer og et ukønnet og kønnet livsstadie på to forskellige planteværter, hvilken gør den ret unik.

Gulrust smitter hvedeplanterne via gule svampesporer, der kan rejse flere tusinde kilometer via luften.

Det er en stor fordel, evolutionært set. Evnen til at bevæge sig så langt gør det nemlig nemmere at sprede sig.

Derfor har der været mange udbrud igennem årene, hvor aggressive racer af svampen er migreret til områder, hvor de ellers ikke før var set. Her i Norden har vi eksempelvis haft problemer med ’eksotiske’ racer af gulrust, der er kommet hele vejen fra Himalaya-regionerne.

Hvordan gør kulde planterne stærkere?

Kuldebehandling kan være en del af den beskyttelse, hveden har brug for mod gulrust. Men hvorfor hjælper kulde? Vi ved det ikke helt endnu, men vi har en teori.

Når planter udsættes for kulde over en længere periode, for eksempel i løbet af vinteren, gennemgår de det, man kalder kulde-akklimatisering.

I denne proces bliver planterne mere tolerante over for frost, fordi de begynder at producere antifryse-proteiner.

Disse proteiner kan binde sig til iskrystaller i planten, hvilket sænker frysetemperaturen i planten og frigiver mere vand fra iskrystallerne inde i planten.

På denne måde sørger antifryse-proteinerne for, at planten ikke bliver dræbt af frosten, når vandet omdannes til iskrystaller. Planterne kan simpelthen tåle mere frost.

Interessant nok viser det sig, at disse antifryse-proteiner har en dobbeltfunktion. Ikke alene beskytter de planten mod frost, de har også en plantebeskyttende effekt over for sygdomme.

Man kan altså på en måde sige, at kulden sætter gang i plantens eget immunforsvar og gør den stærkere og mere forberedt på angreb fra sygdomme.

Når vi undersøger effekten af kuldebehandling i laboratoriet, spirer og dyrker vi først hvedeplanterne ved 5 ℃ i otte uger. Men er 5 ℃ koldt nok til at sætte gang i plantens antifryse-gener?

Svaret er: Ja. Allerede før temperaturerne når frysepunktet, begynder hvedeplanten nemlig at fremme netop de gener som en slags forsikring mod en endnu koldere fremtid.

Efter de otte uger rykker vi hvedeplanterne til varmere omgivelser og smitter dem med gulrust.

De kuldebehandlede hvedeplanters reaktion på sygdomssmitten sammenligner vi så med reaktionen hos planter, der ikke har været udsat for kulde, som du kan se på billedet nedenfor.

Hvad mangler vi at undersøge?

Hidtil har vi lavet to store, men endnu ikke-udgivne forsøg med flere forskellige hvedesorter, der begge viser det samme: Kulde hjælper visse hvedesorter med at klare sig bedre mod sygdom ved at sætte gang i deres immunforsvar.

Det er netop denne ’kickstart’ af immunforsvaret, som vi er en gruppe forskere på Aarhus Universitet, der undersøger i samarbejde med planteforædlerfirmaet Nordic Seed.

Vi vil et lag dybere og vise, hvorfor vi får de resultater, vi får. Vi er interesserede i det genetiske grundlag for kulde-induceret resistens, som vi ser hos visse hvedesorter.

Mere specifikt hvilke proteiner der bliver produceret under kuldeakklimatiserings-processen, og hvad det er for nogle gener, som bliver aktiveret i hvedeplanten, når den får kulde.

Derudover skal vi undersøge holdbarheden af den kulde-inducerede resistens i hvedeplanterne – ikke bare mod gulrust, men også brunrust og sortrust.

Håbet er, at de involverede gener i fremtiden kan bruges i avlsprogrammer for nye hvedesorter.

Hvis det lykkedes, kan det betyde, at planteforædlere fremadrettet får nye resistensmekanismer at arbejde med, når det kommer til at avle stærke og sunde hvedeplanter.

Med tiden kan disse gener måske endda vise sig at være brugbare i kampen mod andre sygdomme end gulrust.

Planteforædling er altafgørende for Danmarks grønne omstilling.

Nye forædlingsstrategier kan nemlig hjælpe med at nedsætte Danmarks brug af pesticider og intensivere vores økologiske landbrug – begge dele til gavn for biodiversiteten, især insekterne.