Ris, hvede og majs. Alle er de vigtige afgrøder, som dyrkes over hele kloden, og hvis korn er med til at mætte milliarder af mennesker. Ikke mindst i den 3. verden.
Der er bare et problem. Et kæmpe problem: Omkring 30 procent af de dyrkede jorde på globalt plan er salte, fordi de er blevet kunstvandet gennem hundrede til tusinder af år. Den kunstvandede landbrugsjord er den mest frugtbare og står for 40 procent af den globale fødevareproduktion. Men for mange af vores kulturplanter er salt – Na+ – en stærk gift.
Afgrøder, der dyrkes på salte jorde, forsøger at undgå at optage salt, når de trækker vand op fra jorden. Det lykkes dog kun for dem i begrænset omfang.
»Den salt, der ryger ind i roden, bruger planten en masse energi på at undgå, at det kommer op i bladene, hvor det er skadeligt for cellerne. Energi som helst skal bruges til plantens vækst og produktion af korn,« fortæller post doc Inge Skrumsager Møller fra Institut for Jordbrug og Økologi, KU-LIFE.
Hun arbejder på i fremtiden at kunne øge vores afgrøders salttolerance. Og det ved hjælp af genmodificering.
Sammen med forskere fra University of Adelaide, Australien, og University of Cambridge, England, er det nu lykkedes Inge Skrumsager Møller og hendes danske kollegaer at udvikle en teknik, der gør, at modelplanten Arabidopsis thaliana – på dansk Almindelig Gåsemad – bedre tåler salt.
Målet er at kunne genmodificere ris, hvede og majs, så de kan give et rimeligt udbytte på trods af mere salt i jorden.
Vilde planter kan klare salt
Kigger man på planter i den vilde natur, så kan man her finde arter, der vokser i klitter og langs havet. Steder med høje saltkoncentrationer, men hvor planterne trives.
»Det er arter, der gennem tusinder af år har udviklet mekanismer inde i planten, som gør, at de kan tackle salt. Vores afgrøder har mange af de samme mekanismer, men udnytter dem ikke helt så godt. Vi vil gerne forbedre brugen af disse mekanismer,« forklarer Inge Skrumsager Møller.
Når planten trækker vand op fra jorden strømmer Na+ passivt ind i rodens væv gennem ionkanaler. Når saltet kommer ind i planten, møder det nogle transportproteiner, der styrer, hvor Na+ føres hen i planten.
\ Fakta
VIDSTE DU
Arabidopsis thaliana, Gåsemad: Modelplante inden for plantevidenskaben og almindeligt ukrudt på dyrkede arealer. Selvom planten ikke har nogen direkte betydning for jordbruget, så besidder planten en masse egenskaber, der gør den meget egnet til at kunne forstå genetik, celle- og molekylær biologi hos planter.
Gåsemad har et af de mindste genomer hos planter og dens genom blev fuldstændig kortlagt (sekventeret) i 2000.
Planten kan benytte sig af flere strategier for at tolerere salt:
Den kan forsøge at undgå at Na+ slipper ind i roden. Den kan smide saltet tilbage til jorden straks efter, det er sluppet ind. Hvis saltet allerede er kommet ind i roden, kan planten prøve at undgå, at saltet føres op til bladene med den vandstrøm, der løber inde i plantens ledningsvæv – xylemet.
Kommer Na+ alligevel op i bladene, så kan planten forsøge at beskytte cellerne ved at ‘gemme’ saltet væk i en særskilt del af cellen – vakuolen – som kan indeholde salt uden, at det er giftigt for planten. Nogle vilde planter har sågar udviklet saltkirtler på bladene, der gør, at saltet kan blive udskilt gennem porer i bladets overflade. Det findes ikke hos afgrøder.
»Høje saltkoncentrationer i det vand, planten trækker fra jorden, medfører stress. Konsekvensen er, at planten ikke har krudt til at lave mange store frø, som vi kan høste og spise. Altså får vi et lavere udbytte,« siger Inge Skrumsager Møller.
Klassisk forædling er ikke altid vejen
Professor i plantefysiologi Michael Gjedde Palmgren fortæller, at man i mange år har forsøgt ved hjælp af klassiske forædlingsmetoder at få afgrøder til at tolerere forskellige stressfaktorer, såsom tørke, salt og frost. Men den strategi har haft meget begrænset succes med at fremavle salttolerante planter.
Ved klassisk forædling krydser man beslægtede arter i forsøget på at fremelske nogle særlige egenskaber hos deres afkom.
»Forædling baserer sig på gener, der allerede er til stede. Når man forædler planter, bliver de eksisterende gener og deres egenskaber i større eller mindre grad udtrykt. Men ting, som ikke allerede er til stede fra start, er i sagens natur umulige at forædle sig til. Det er tilfældet med afgrøder,« siger han.
Inge Skrumsager Møller er med til at udvikle afgrøder, der kun får minimalt Na+ op i skuddet.
»Strategien er at forstærke den sidste ‘nødbremse’, planten har til at undgå, at Na+ lander oppe i skuddet – altså at få saltet væk fra vandstrømmen i ledningsvævet og tilbage i roden,« fortæller hun.
Man ved allerede, at HKT-genet hos Arabidopsis er afgørende for at regulere salttolerancen. Genet koder for det protein, der transporterer Na+ rundt i planten – en såkaldt Na+-transportør. Og løsningen er at få det gen udtrykt kraftigt det helt rigtige sted i planten.
»Tidligere indførte man HKT-genet i en udgave, der er aktiv i alle plantens celler. Det betød uheldigvis bare, at planten optog endnu mere salt,« forklarer Inge Skrumsager Møller.
Den nye fidus er at få HKT-genet indsat i en form, der kun er aktiv i helt specifikke celler i planten – dem der ligger omkring ledningsvævet og forsyner vævet med vand og næringsstoffer, der skal ledes op til plantens skud. Når HKT-genet udtrykkes kraftigt i de celler, ja så producerer kun de celler mange Na+-transportører. Derved trækkes Na+ ud af ledningsvævet og tilbage til roden, så det ikke havner oppe i plantens blade. Og planten kan vokse videre på trods af salt!
Salttolerante afgrøder på marken er ikke lige om hjørnet
»Der er endnu et stykke vej før, at det kan lykkes at lave genmodificeret hvede, majs og byg, der kun udtrykker HKT-genet kraftigt i helt specifikke celler omkring ledningsvævet. Men vi har udviklet noget, som virker super optimalt i Arabidopsis, og som vi rigtig gerne vil sætte ind i afgrøder for at gøre dem salttolerante. Vi har allerede produceret risplanter efter samme koncept og er ved at teste deres egenskaber,« siger Inge Skrumsager Møller.
Høje saltkoncentrationer i det vand, planten trækker fra jorden, medfører stress. Konsekvensen er, at planten ikke har krudt til at lave mange store frø, som vi kan høste og spise. Altså får vi et lavere udbytte
Inge Skrumsager Møller
Professor Michael G. Palmgren spår dog, at tidspunktet, hvor landmanden kan købe salttolerante ris og korn til dyrkning, ligger et godt stykke ude i fremtiden.
»Men når det sker, så vil man kunne dyrke afgrøder i Saharas sand og vande dem med havvand«, siger han.
Her fortæller Inge Skrumsager Møller om de nye resultater:
Lavet i samarbejde med KU-LIFE – Det Biovidenskabelige Fakultet, Københavns Universitet.
\ Gensplejsning eller klassisk forædling:
Gensplejsning eller genmodificering er, at et gen tages ud af én organisme og flyttes til en anden. I det gen, der flyttes, ligger en ønsket egenskab, der vil blive givet i arv til modtager-organismens afkom, dvs. afkom vil have samme ændring. Når man laver en gensplejsning, ændrer man på generne, så egenskaberne også ændrer sig. Hvis man ønsker, at der skal flere vitaminer i maden, eller at det skal kunne holde sig længere end normalt, sætter man et gen ind, som får maden til at få de egenskaber. Det vil sige, at gensplejserne sætter et nyt gen ind i de gener, maden normalt har. Hvis man ønsker at lave afgrøder mere salttolerante, så flytter man et gen, HKT-genet, fra Arabidopsis over i ex. hvede, som så giver hveden egenskaben salttolerance. Man kan flytte gener fra mennesker, dyr, planter, og bakterier.
Klassisk forædling krydser to forældre-planter, som hver for sig besidder gode egenskaber. Herved opstår der en ny genetisk variation i deres afkom og ved at udvælge den ønskede type i afkommet skabes en ny og forbedret liniesort. I traditionel forædling kan nye variationer i afkommet også fås gennem mutationsforædling. Her benyttes kemiske stoffer eller bestråling til at fremkalde ændringer i plantens arveanlæg. Ved traditionel forædling blandes alle han- og hunorganismernes gener, så mange gener ændres samtidig, og man kan ikke vide på forhånd, om nogle af ændringerne er uønskede. Ved gensplejsning er der større mulighed for at opnå præcis det, man gerne vil, fordi man kan ændre ét eller få gener ad gangen.
