Danske forskere jagter super-planter med lasere

Mangel på plantenæringsstoffer i landbrugsjord har store konsekvenser for høstudbytter verden over. Nyt dansk forskningsprojekt vil med plasmabaseret-massespektrometri og metalmærkede antistoffer finde planter, der kan klare næringsstofmangel og give et bedre høstudbytte.

Det Strategiske Forskningsråd har besluttet at give projektet, der samler ekspertise i fotosyntese, kvantitativ proteomics, planteernæring og forædling, en bevilling på knap 15 millioner kroner.

»Der er rigtig mange jorde verden over, som lider af mangel på mikronæringsstoffer såsom jern, mangan og zink. Mange steder skyldes det, at næringsstofferne er bundet i jorden, så de er utilgængelige for planterne. Man kan derfor ikke gødske sig ud af problemet,« siger Jan Kofod Schjørring.

Han er professor ved Institut for Jordbrug og Økologi på Københavns Universitet og leder af det nye forskningsprojekt.

Han forklarer, at mangel på mikronæringsstoffer i mange tilfælde kan være så alvorligt, at afgrøderne ikke vil overleve.

»I Danmark er mangel på mikronæringsstoffet mangan et stort problem i vinterbyg og vores forskergruppe har vist , at valget af genotype er afgørende for, om afgrøden kan overleve på problemjorderne. Bruges en dårlig genotype må landmanden så om og etablere en anden afgrøde. I Kina er mangel på zink et stort problem. Derfor vil det være en meget stor fordel at have nogle plantesorter, der er mere effektive til at optage de næringsstoffer, der er tilgængelige, og samtidig klare sig med en mindre forsyning af næringsstofferne,« siger professoren.

Sjældne jordarter og laser skal afsløre ændringer

Jan Kofod Schjørring vil sammen med resten af forskningsholdet finde de effektive planter på en helt ny måde. Forskerne mener nemlig, at proteinerne i planterne kan anvendes som et effektivt screeningsværktøj for den genetiske variation, der findes mellem sorternes evne til at udnytte næringsstoffer.

»Mikronæringsstofferne er ofte knyttet til funktionen af specifikke proteiner i planterne, så ved at se på ændringerne i udtrykket af en række nøgleproteiner kan det afgøres, hvor god planten er til at klare sig med en mindre mængde af de plantetilgængelige næringsstoffer,« siger Jan Kofod Schjørring.

Ændringerne i proteinerne er så små, at det ikke kan ses med de metoder, der bruges i dag. Forskerne vil derfor lave specifikke antistoffer over for proteinerne og mærke dem med forskellige metaller tilhørende gruppen af sjældne jordarter (lanthaniderne).

»Ved at skyde på antistof-protein-komplekserne med en laserstråle kan vi overføre metallerne til et plasmabaseret-massespektrometer, der med ekstrem nøjagtighed kan måle mængden af metaller, hvilket dermed gør det muligt at registrere selv små ændringer i proteinsammensætningen. Derefter kan vi finde de bagvedliggende gener til de proteiner, hvis udtryk ændres, så man i forædlingen hurtigt kan finde de gode genotyper.«

Danmarks første laser-ablation apparat er ved at blive installeret på Københavns Universitet netop nu, og det vil give forskerne helt nye muligheder for at bestemme næringsstoffernes funktion i planter, samt kortlægge deres tilstedeværelse i forskellige vævstyper.

Afsløre mangel

Jan Kofod Schjørring understreger, at det er meget vigtigt at være i stand til at finde de rette genotyper.

»Når man forsøger at finde de rette planter i dag, er det som at lede efter en nål i en høstak, fordi man ikke kender de molekylære markører for tolerance over for mangel på mikronæringsstoffer. Hvis planternes evne til at udnytte og tolerere mangel på mikronæringsstoffer skal indarbejdes rationelt i planteforædlingen, er man nødt til at forbedre mulighederne for at selektere de rigtige genotyper.«

Som model-case benyttes mikronæringsstoffet mangan, som især er knyttet til fotosyntesen og dermed proteinerne i plantens grønkorn. Metoden vil blive testet på forskellige krydsningspopulationer af vinterbyg og majs.

Ud over at finde genotyper med de rette egenskaber blandt krydsningspopulationen, vil projektet også udvikle værktøjer, så man hurtigt kan analysere ens afgrøder og få svar på, om de lider af mangel på mikronæringsstoffer.

Man kan nemlig ofte ikke se på planterne, at de mangler nogle næringsstoffer, før det er så galt, at der ikke kan gøres noget og planterne dør. Kan man hurtigt diagnosticere, om der er mangel, kan man sætte ind og sprøjte næringsstofferne direkte på planterne.

Kommercielle perspektiver

Det Strategiske Forskningsråd tror så meget på projektet, at det har bevilling projektet 14,8 millioner kroner.

»Vi har valgt at støtte projektet, fordi det adresserer en meget vigtig global problemstilling på en ny og innovativ måde. Det er sandsynligt, at projektets resultater vil kunne danne grundlag for udvikling af nye diagnosticeringsværktøjer for næringsstofmangel og dermed et kommercielt spin-off,« fortæller Per Kudsk, der er medlem af Det Strategiske Forskningsråd samt forskningsleder ved Institut for Plantebeskyttelse og Skadedyr på Det Jordbrugsvidenskabelige Fakultet på Aarhus Universitet.

Han påpeger også, at projektet bringer konceptet helt ud til planteforædleren, som jo er der, projektets resultater skal nyttiggøres.

Projektet bærer navnet 'Nutriefficient: Improved agricultural sustainability using molecular strategies to optimise nutrient use efficiency in cereals'.

Ud over Københavns Universitet deltager Syddansk Universitet, der vha. proteomics skal hjælpe med at finde de rette proteiner, Kinas Landbrugsuniversitet, det danske firma Sejet Planteforædling samt et svensk firma.