Planterigets curlingforældre ruster deres frø til at forsvare sig selv

Når et frø spirer, venter der den lille nye plante en masse store udfordringer: Planten skal kæmpe med sine egne artsfæller og andre plantearter på stedet om de knappe ressourcer, den skal bruge for at overleve.

Som om dette ikke var nok, står der også et utal af planteædende dyr på spring, for hvem en lille ny spire er den lækreste snack.

For ikke at ende deres første dage i maven på en sulten larve ophober mange planter store mængder af giftige forsvarsstoffer i den lille kimplante, endnu mens frøet udvikler sig, hvor det sidder trygt og godt i sin frugt på moderplanten.

Nogle 'plantebørn' får forsvarsstoffer med i madpakken

Hos nogle arter er det den lille kimplante selv, der, mens den modnes inde i frøet, er i stand til at producere forsvarsstofferne.

I andre planter, for eksempel i alle kålarter og lupin, er frøene ikke i stand til at producere vigtige forsvarsstoffer. Man kunne derfor frygte, at det ville gå de små kål- og lupin-planter skidt.

Heldigvis har disse arter fundet en anden strategi: Som en anden curling-forælder producerer moderplanten nemlig store mængder forsvarsstoffer, som den sender videre til sit afkom sammen med sukker og anden næring.

Den unge kimplante inde i frøet bliver dermed godt forkælet med alt, den skal bruge til livets første dage i det fri: både en madpakke og et arsenal af forsvarsstoffer til at holde planteædere væk.

Molekylære maskiner flytter forsvarsstofferene rundt i planten

I vores forskergruppe nørder vi forsvarsstofferne fra raps og kål, som også findes i modelplanten almindelig gåsemad (Arabidopsis thaliana). De hedder glukosinolater og er skyld i den stærke smag hos for eksempel wasabi og sennep (se faktaboks).

Tidligere har vi fundet frem til to slags transportproteiner, der begge er helt nødvendige, for at planten kan flytte glukosinolater fra moder til afkom.

Den ene slags transportproteiner kan 'suge' glukosinolater ind i planteceller fra det omkringliggende væv, mens den anden slags kan lukke dem ud af cellerne. Det fik os til at tænke, at de formentlig arbejder sammen i en slags transportkæde for at flytte forsvarsstofferne fra moder- til kimplante.

Nu ved vi, hvilke broer glukosinolater krydser på deres vej til frøet

Vi prøvede os frem ved at sætte transporterne tilbage i mutantplanter, der mangler dem.

Men i stedet for at sætte dem tilbage overalt, satte vi dem tilbage ét sted ad gangen og kunne dermed kortlægge ruten, som glukosinolaterne tager.

Først skal stofferne ud af de celler, de bliver produceret i, ganske tæt på frøet i frøstrengen, der forbinder frøet til moderplanten.

Dernæst går turen ind i plantens motorvej – det såkaldte phloem, der også bruges til sukkertransport og meget andet – hvor de flyder med strømmen hen til frøet.

Ved frøet skal de af motorvejen igen, dette kræver også en transporter. Endelig skal de krydse endnu en barriere via en transporter ind i den nye lille kimplante.

Molekylær viden om transport kan bruges i fremtidens afgrøder

Når vi har kortlagt ruten, som et forsvarsstof tilbagelægger, kan vi målrettet manipulere transportere ved specifikke barrierer og dermed effektivt fjerne stoffer, som vi ikke vil have, eller berige for stoffer, vi ønsker.

Det er viden, der kan hjælpe os med at skabe nye afgrøder og bæredygtige fødevarer i fremtiden.

Eksempelvis indeholder rapsfrø store mængder glukosinolater, der gør den proteinrige pressekage, der er tilovers, når man producerer rapsolie, uspiselig for mennesker.

Vi prøver allerede nu at flytte vores opdagelser fra modelplanten almindelig gåsemad til raps.

Målet er at udvikle en rapssort, der har masser af glukosinolater i blade og rødder, men meget lidt i frøene. Dermed vil vi kunne spise pressekagen som en sund og bæredygtig proteinkilde, samtidig med at planten kan holde skadedyr på afstand uden brug af en masse sprøjtegift.

Vi tror på, at rapsplanter med reduceret glukosinolatindhold i frøene kan være klar til at komme på marken allerede inden for en relativt kort årrække.

Med den lange kikkert for øjet, kan man også forestille sig, at vores opdagelser kan bruges i ’plantefabrikker’, der producerer værdifulde stoffer, for eksempel lægemidler, og propper frøene fulde for en nem og bekvem høst.

Denne anvendelse har dog anderledes lange udsigter: Man skal først kende hele syntesevejen og et sæt transportproteiner. Først herefter kan man forsøge at flytte begge dele til en egnet afgrøde og krydse fingre for, at det hele virker.