Designer framtidens superplanter

Klimaendringer og befolkningsvekst utgjør en stor utfordring for framtidens matvareproduksjon. Danske forskere forsøker å designe planter som kan imøtekomme morgendagens krav.

Published
Ved hjelp av plantenes bioaktive stoffer vil forskere prøve å gjøre planter mer robuste. (Foto: Colourbox)
Ved hjelp av plantenes bioaktive stoffer vil forskere prøve å gjøre planter mer robuste. (Foto: Colourbox)

Planter kan tilpasse seg til tørke, kulde, hetebølger og oversvømmelser samt angrep fra insekter og mikroorganismer. Det er en svært viktig del av planters overlevelsesstrategi, siden de ikke bare kan finne et mer bekvemt sted å vokse.

Et sentralt element i denne strategien er produksjonen av bioaktive stoffer, også kalt sekundære metabolitter.

Det kan for eksempel være vokslag på bladene, noe som reduserer vannfordamping. Det kan også være giftstoffer som gjør planterne uspiselige for insekter.

Til nå har forskere identifisert over 300 000 av slike bioaktive stoffer. I de fleste tilfellene har forskere bare begrenset kunnskap om disse stoffenes funksjon i planten.

Kunnskap skal gi mer robuste planter

Med støtte fra Det Frie Forskningsråd arbeider danske forskere med hvordan forskjellige matvareplanter bruker de bioaktive stoffene.

Formålet er å finne ut hvordan vi mennesker kan gjøre plantene bedre egnet til å motstå klimaendringene. Det forteller lederen bak prosjektet, professor Birger Lindberg Møller fra Plantebiokemisk Laboratorium på Københavns Universitet.

– I overgangen til et biobasert samfunn vil planter spille en helt sentral rolle. De skal først og fremst produsere mat til nesten åtte milliarder mennesker. Vi forsøker å utvikle kulturplanter som er tilpasset dette og andre mål. Vi skal sørge for at plantene greier seg godt i fremtiden. Det er en forutsetning for at vi mennesker skal klare oss. Vi er helt avhengige av det plantene produserer til oss, sier han.

Tørkeresistent plante er giftig

Forskningsprosjektets første suksess er knyttet til durraplanten, som dyrkes i de fleste subtropiske og tropiske områder på jorden. Durraplanten  klarer seg svært godt i tørke.

Under en ekstrem tørkeperiode er durraplanten typisk den eneste avlingen som overlever, men det har en pris.

Når durraplanten utsettes for ekstrem tørke, produserer mer av de bioaktive stoffene cyanogene glykosider. Når kveg spiser bladene, brytes de bioaktive stoffene ned til giftig cyanid.

Det betyr at bøndene ikke kan sette dyrene til å gresse på en durramark i tørkeperioder, når det er aller mest behov for det.

Fjerner gift fra durraplanten

Durradyrkerne får nå en hjelpende hånd fra forskerne på Københavns Universitet.

– Ved klassisk mutasjonsforedling har vi klart å forhindre durraplanten i å akkumulere de giftige stoffene i bladene ved tørkestress. Denne mutanten kan altså brukes som dyrefôr, forklarer Møller.

Forskerne har forårsaket tilfeldige mutasjoner i 53.000 durrafrø ved hjelp av mutasjonsframkallende stoffer. Deretter er frøene sådd på en åker nær Brisbane i Australia.

Alle plantene ble analysert for evnen til å frigi cyanid. Forskerne fant fram til én enkelt plante hvor cyaniddannelsen var blokkert.

Frøene fra denne planten er nå formert gjennom åtte generasjoner, og forskerne er i gang med å krysse mutasjonen inn i planter som kan dyrkes på tørkeutsatte steder.

– Det er problemstillinger fra den virkelige verden vi løser med forskningen vår, sier Møller.

Kassava uten gift

Forskerne har også arbeidet med kassava, en annen plante som dyrkes i subtropiske og tropiske områder.

Forskerne har arbeidet med de subtropiske plantene durra og kassava. Slike kassavaknoller er svært rike på stivelse. (Foto: Wikimedia commons)
Forskerne har arbeidet med de subtropiske plantene durra og kassava. Slike kassavaknoller er svært rike på stivelse. (Foto: Wikimedia commons)

De store, stivelsesholdige rotknollene utgjør 25 prosent kaloriinntaket i den afrikanske befolkningen. Men de inneholder også cyanogene glykosider. Det er derfor nødvendig å bearbeide rotknollen svært omhyggelig.

Bearbeidingen fører til tap av mye proteiner, mineraler og vitaminer, slik at det nesten bare er stivelse tilbake. Det har forskerne fra Københavns Universitet også gjort noe med.

– Ved hjelp av en enkelt genspleising kan vi blokkere dannelsen av det bioaktive stoffet som utvikler cyanid i kassava. Dermed kan forbehandlingen unngås, og mange av de gode næringsstoffene kan bevares. Det er næringsstoffer det er et stort behov for i fattige befolkninger. Dessverre tror jeg ikke tiden er moden til å plante genspleiset kassava i Afrika, sier Møller.

Bitre mandler

Forskerne arbeider også med andre viktige planter, blant annet mandeltrær.

Et mandeltre kan gi enten søte eller bitre mandler. Det er de søte mandlene som brukes i matvareindustrien og i husholdningene. De bitre mandlene har ingen verdi for oss mennesker.

Når man planter et mandeltre, vet man ikke om det vil gi søte eller bitre mandler. Hvis mandlene er bitre, rives trærne opp, og det gir dermed produksjonstap.

De danske forskerne har nå funnet ut at cyanogene glykosider, som gir den bitre smaken, både dannes i den søte og bitre mandelen i omtrent samme mengde. Men i den søte mandelen brytes det bioaktive stoffet ned når det transporteres inn i mandelkjernen.

– Om mandler er søte eller bitre, skyldes en genetisk nedarvet egenskap. Vi holder på å identifisere genetiske markører som forteller om mandelspiren utvikler seg til et tre som produserer søte eller bitre mandler. Da kan plantasjeeieren være sikre på å bare plante mandeltrær som produserer søte mandler, sier Møller.

Kulturplanter endres

Forskerne ser også på bygg og eukalyptus. De studerer hvilken betydning cyanogene glykosider og andre beslektede stoffer har for byggs resistens mot sopparasitten meldugg.

Eukalyptus brukes som et modellsystem til å avklare hvordan planten regulerer på på hvilket utviklingstrinn i treets livssyklus det skal produseres cyanoger glykosider.

– Hovedformålet med forskningsinitiativet er å forstå cyanogene glukosiders betydning for planters vekst og utvikling, og på hvilke måter de setter planter i stand til å tilpasse seg de store utfordringene de møter. Den kunnskapen kan vi bruke til å gjøre plantene enda mer robuste i framtiden, forklarer Birger Lindberg Møller.

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.