I takt med at sommernettene blir kortere og de dypgrønne åkrene gulner, bygger spenningen seg opp i Norges jordbrukskommuner. Men selv om vi her til lands opplever år med dårlige avlinger, kan det ikke sammenlignes med situasjonen i andre deler av verden. Der balanserer bøndene på grensen til hva som er mulig.

• Les også: Varmere i Sør-Europa, våtere i Nord-Europa

Nå har forskere funnet frem til gener som kan gjøre avlingene mer hardføre.

Karbondioksid fjerner pustehullene

Alle planter har små pustehull. Spalteåpninger. De sitter rett under det ytterste laget av voks som ligger som en film på bladene. Gjennom åpningene passerer vann og karbondioksid inn, og overskuddsdamp og oksygen slippes ut. Oftest sitter åpningene på den siden av bladet som vender bort fra sola.

Det har lenge vært kjent at CO2-konsentrasjon i atmosfæren og antall spalteåpninger på bladene hos planter henger tett sammen. Når CO2-innholdet øker, danner plantene færre spalteåpninger. På denne måten fordamper det mindre vann fra de grønne flatene.

Man skulle tro dette var positivt, ettersom plantene vil trenge mindre vanntilførsel, men slik er det ikke. Når plantene har færre spalteåpninger, mister de evnen til å regulere den innvendige temperaturen.

– Du kan tenke på det som om plantene mister evnen til å svette, sier førsteamanuensis Paul Eivind Grini ved Institutt for biovitenskap ved Universitetet i Oslo. 

– Når dette skjer, vil temperaturen stige inne i planten og føre til uttørking. Om man ikke tilfører mer vann, da.

Og ferskvann er en stor mangelvare globalt. Norge er faktisk et av de få landene i verden der landbruket ikke er avhengig av kunstige vanningsanlegg.

• Les også: Et frø til mer mat

Færre spalteåpninger kan også bety mindre effektiv fotosyntese. Gjennom fotosyntesen omdanner plantene vann og CO2 til oksygen og sukker. Sukker fungerer som næringen til plantene. 

Fire gener i kontrolltårnet

Nå har imidlertid biologer ved University of California, San Diego, funnet fire gener som kontrollerer dannelsen av de små pustehullene. Julian Schroeder og hans medarbeidere har studert en kortvokst sennepsplante, vårskrinneblom, og brukt denne som en genetisk modell. Resultatene av studien ble publisert i Nature 6. juli i år.

Ved høyere nivåer av CO2 produser planten mer av genet EPF2 (Epidermal Patterning Factor-2). Genet gir beskjed til cellene om å stoppe produksjonen av nye pustehull. Men EPF2 er bare siste brikke i et dominospill.

Det er nemlig et annet gen som registrerer CO2-konsentrasjonen. For at informasjonen skal kunne gå fra ett sted i planten til et annet, må den gjennom en lang signalvei. En genetisk sti.

Langs denne stien fant forskerne to spesifikke gener som bringer informasjonen fra genet som føler endringene i CO2-nivået, til det genet som forteller planten at det må stoppe produksjonen av nye porer. 

Kan endre egenskaper

Den siste IPCC-rapporten trekker frem matvaremangel som en av fremtidens største utfordringer. Hvordan kan endrede gener i en liten plante ha relevans for verdens kornlager?

– Om man kjenner mekanismene som styrer reaksjonene i en plante, kan man gå inn og forandre egenskapene, sier Grini. Om plantene kan skreddersys etter miljøet de lever i, ville dette kunne føre til et mindre sårbart jordbruk.

Det finnes to metoder for å forandre plantene. Ved genmodifisering tar man ut gener fra én organisme og setter dem inn i en annen. I den andre metoden brukes moderne teknikker til å lete frem spesifikke gener og endre disse, før man avler videre.

• Les også: Når forskerne strides om genmodifisering

Sårbart verdenssamfunn

Er funnene viktige for Norges jordbruk? Grini minner om at problemet i Norge ofte er mye nedbør og kalde somre.

– Man kan tenke seg at færre spalteåpninger og en høyere temperatur inne i planten kanskje til og med kunne vært positivt for plantene isolert sett. Men her er det et vell av faktorer som spiller inn, påpeker han.

Han er mer opptatt av om funnet er viktig for verden. Og det er det. At CO2-nivået endrer dannelsen av spalteåpninger og gjør plantene sårbare, er et svært alvorlig problem. I tillegg må man ta høyde for en fremtid med kraftigere hetebølger og et langt mer ustabilt klima.

– Når man vet hvordan prosessene reguleres, kan man avle frem planter som er bedre tilpasset et miljø i endring. Det å kunne skreddersy et jordbruk tilpasset vanntilgang, grunnforhold og temperatur, vil kunne bidra til å sikre verdens voksende befolkning mat.

– Kunnskap om gener er helt essensielt i dette arbeidet, sier Paul Eivind Grini.

Referanse:

Cawas B. Engineer, Majid Ghassemian, Jeffrey C. Anderson, Scott C. Peck, Honghong Hu, Julian I. Schroeder, Carbonic anhydrases, EPF2 and a novel protease mediate CO2 control of stomatal development, Nature (2014), doi: 10.1038/nature13452. Sammendrag