Nyopdaget gen kan måske forhindre afgrøder i at drukne på marken

Når sneen smelter, eller når enorme tordenbyger oversvømmer markerne, dør mange af afgrøderne. Den tendens er i stigning som følge af klimaforandringerne.

Derfor kan det få en stor betydning, at en gruppe forskere på Københavns Universitet (KU) i samarbejde med forskere fra Japan og Australien nu har identificeret et gen, som netop viser sig at være afgørende for, hvor godt planter klarer sig, når de oversvømmes.

»Vi har fundet ud af, at et enkelt gen får blade og stængler til at danne en voksstruktur, der beskytter den mod vand. Den effekt vil vi gerne udnytte og forstærke, så planter både kan tåle store oversvømmelser og tørke,« fortæller Ole Pedersen, professor på Biologisk Institut på KU.

Genet har forskerne givet navnet LGF1 (Leaf Gas Film 1) med henvisning til den tynde, sølvglinsende gasfilm, hvis struktur bliver bestemt af dette gen.

LGF1 sørger således for en passende tæthed i de vokskrystaller, der ligger på overfladen af bladene og gør planten i stand til at optage ilt på trods af store mængder vand – ligesom gællerne på en fisk.

Overfladen får nemlig planten til at danne en gasfilm, som gør bladene i stand til at udveksle ilt og CO2 med vandet fra oversvømmelsen. På den måde fungerer fotosyntesen stadigvæk, selv om planten står under vand.

Samtidig nedsætter strukturen af vokskrystaller også fordampningen fra bladene, hvilket gør, at planten også kan spare på vandet i tørkeperioder, så den dermed holder sig selv i god form i mange slags vejr.

10 år gammel viden bekræftet

Ole Pedersen fortæller, at han for ti år siden var med til at påvise, at denne gasfilm blev dannet, og at den fungerede som fiskegæller, men det er altså først nu, at de har kunnet påvise, at det rent faktisk kun er et enkelt gen, der styrer hele processen – og ikke mindst hvilket.

Genet blev fundet, da hans japanske kolleger fortalte, at de havde fundet en rissort, som ikke tålte vand, og da de ledte efter gener, der muligvis kunne være muteret i netop denne plante, fandt de altså LFG1 – eller rettere sagt, LGF1 var uvirksom i denne plante.

»Fundet bekræfter de tanker, vi havde dengang om, hvad der styrede denne funktion i planten, så det er selvfølgelig meget tilfredsstillende, at der var noget om snakken. Nu kan vi gå i gang med at udnytte denne egenskab,« siger han.

Han forklarer videre, at den hydrofobiske overflade og gasfilmen formentlig er evolutionært udviklet som en selvrensende mekanisme for planten på linje med den ’nano-coating’, som man f.eks. kan sprøjte sofaer med, så støv og snavs preller af.

På samme måde vil også planten gerne af med støv, men i høj grad også med partikler, så som sporer fra sygdomsfremkaldende bakterier og svampe.

Dog tåler planten ikke fuld neddykning i lang tid. Gællefunktionen gør f.eks., at ris kan stå i vand til knæene i mange dage, men at være fuldstændig dækket til med vand går ikke længere end op til to uger, før planten drukner, viser forskernes forsøg.

Men at der blot er tale om et enkelt gen, der ser ud til at beskytte planten i et godt stykke tid, gør ifølge Ole Pedersen også arbejdet med at øge effekten og eventuelt overføre den til andre planter noget nemmere, end hidtil forventet.

Vil forbedres ris' tolerance

I første omgang går forskerne efter at gøre ris endnu mere robust ved at øge mængden vokskrystaller på bladet. Det regner Ole Pedersen med, vil kunne gøres ved at øge mængden af genet i planten.

Det kunne ved hjælp af genmodificering lade sig gøre forholdsvis hurtigt – måske inden for et par år – men eftersom en genmodificeret plante kræver en omfattende sikkerhedsgodkendelse i EU, og derfor er dyr at få på markedet, er det realistiske scenarie, at der går 8-10 år ved traditionel forædling, vurderer Ole Pedersen.

»Vi skal finde nogle mutanter, der har mange kopier af dette gen, og krydse videre derfra. Jeg vil tro, at vi skal bruge 25 generationer, før vi har en plante, der kan det, vi vil,« siger han.

Sideløbende vil forskergruppen prøve samme koncept af på andre afgrøder, som dyrkes i rigt mål i forskernes hjemlande.

»Den gode nyhed er, at hvede, byg og havre har præcis samme egenskaber. De holder til få dages vand, men ikke de langvarige oversvømmelser. Vi ved ikke, om det er samme gen, der styrer det, men det er det formodentligt, for rent biokemisk er der ikke så mange håndtag at dreje på, så måske kan vi lave samme manøvre i disse planter,« lyder vurderingen fra Ole Pedersen.

At planter får sværere og sværere kår, er noget forskere over hele verden interesserer sig for.

Vandmættet jord et stort problem i Danmark

I en artikel i Aktuel Naturvidenskab, udgivet af Aarhus Universitet, samler postdoc Max Herzog fra Ferskvandsbiologisk Laboratorium på KU op på, hvad problemer, udfordringer og løsninger kan være, når det kommer til oversvømmelser.

Han begynder med at slå fast, at der falder 10 cm mere nedbør om året i Danmark end for 150 år siden, og at denne tendens forventes at forsætte.

Max Herzog understreger, at når det kommer til danske afgrøder som byg og hvede, er det nok snarere tolerancen over for vandmættet jord pga. forhøjet grundvandsspejl, dvs. røddernes robusthed, man skal se på, frem for blade og stænglers.

»Gasfilm spiller først en rolle, når bladene bliver oversvømmet, og neddykning af hele planten er mindre udbredt i dansk korn end i ris,« siger Max Herzog.

Korn er til gengæld meget følsom over for den iltmangel, som i løbet af ganske få timer kan indtræffe i vandmættet jord. Det betyder nemlig, at røddernes energistofskifte går i stå på samme måde, som når man får overvandet – eller modsat udtørret - en potteplante derhjemme, skriver han i sin artikel. Den kan oftest ikke rigtig reddes bagefter, og for hvede på markedernes vedkommende, kan en mark under vand hurtigt føre til store udbyttetab. Gennemsnittet ligger på 43 procent af afgrøderne.

»Hvede og byg bliver allerede stresset og vokser dårligt, når jorden bliver våd, hvorimod fuldstændig neddykning ikke er så udbredt et fænomen i Danmark,« siger Max Herzog.

Korn har dog nogle forsvarsmekanismer i rødderne i form af luftkanaler, som kan hente ilt ned fra plantens skud. Ris er som ovenfor ekstra god til også denne overlevelsesmekanisme, mens hvede er knap så god. Dog er der fundet seks sorter, som er lidt bedre end de andre, og hvor der derfor ikke ses så store tab ved oversvømmede marker.

Gasfilm relevant på længere sigt

Udfordringen ligger, ifølge Max Herzog, i at tilpasse planterne danske forhold, hvor jorden og temperaturen er anderledes skruet sammen end i de lande, hvor f.eks. de mere robuste hvedesorter bliver fundet. Planterne kan nemlig også være mere eller mindre tolerante over for f.eks. mangan eller jern, som kan ophobe sig i iltfattig jord.

Spørgsmålet er også, hvor langt kan man nå med traditionel forædling, og om man bliver nødt til at ’hente’ egenskaber fra forskellige sumpplanter med den risiko, at der følger uønskede egenskaber fra vildmarken med.

»Der er grænser for, hvor meget man kan forbedre en plante, der er tilpasset et tørt miljø, såsom hvede, til et meget vådt miljø. Man kan bestemt forbedre tolerancen over for 2-3 ugers oversvømmelse, men man vil aldrig få et højt udbytte af hvede i meget våde jorde, så derfor er det nok ikke der, man først skal sætte ind. Men på længere sigt kan det måske blive interessant at se på gasfilm i disse afgrøder også,« understreger Max Herzog.