Superafgrøder skal sikre fødevareproduktionen i en klimaforandret verden

Tværrådslig

Sapere Aude Forskningsleder

2021

Tørke er en af konsekvenserne af klimaforandringerne, og det giver udfordringer med produktionen af afgrøder over hele kloden. På den ene side har vi en voksende befolkning med et stigende behov for mad, og på den anden side klimaforandringer, der fører til, at udbytterne falder.

Indenfor planteforædlingen er forskerne derfor konstant på jagt efter at udvikle egenskaber, der kan forbedre afgrødernes udbytte under nye ugunstige miljøforhold.

»Problemet er, at de afgrødetyper, vi dyrker i dag, er tilpasset de nuværende miljøforhold, og ikke miljøet med øget drivhuseffekt, som kan medføre tørke, øgede temperaturer, mere kuldioxid i atmosfæren osv. Derfor har vi desperat brug for afgrøder, der mere effektivt kan omsætte næringsstoffer og vand, når inputtet falder, uden at det går ud over udbyttet. Det er en udfordring, vi som forskere og samfund er nødt til at finde løsninger på.«

Det fortæller adjunkt Elizabeth Heather Jakobsen Neilson fra Institut for Plante- og Miljøvidenskab ved Københavns Universitet. Hun har netop modtaget en prestigefyldt bevilling til et projekt, hvor hun sammen med sin forskergruppe vil undersøge en overset proces i plantebeskyttelsen hos klimatilpassede kornsorter som byg og durra (sorghum).

Mekanisme til klimaresistente afgrøder

»Det ultimative mål med mit projekt, SuperYUCCA, er at identificere en ny mekanisme, som gør, at planter bedre kan reagere på forskellige ugunstige forhold som for eksempel tørke,« uddyber Elizabeth Heather Jakobsen Neilson.

I sit nye forskningsprojekt har hun særligt fokus på de såkaldte YUCCA-gener. Det er en vigtig gruppe af arveanlæg hos planter, som koder for egenskaber, der findes i alle planter hele kloden rundt:

»YUCCA-gener er vigtige for produktionen af plantehormonet auxin, der er et væksthormon, som får planter til at gro. Det er en universel egenskab, man længe har kendt til. Men YUCCA-gener har også andre egenskaber, som man fandt ved et tilfælde (se faktaboksen, red.). Denne multifunktion, som også kaldes måneskinsfunktionen, er stadigt uudforsket, og det er det, jeg vil arbejde videre med i projektet.«

Superkraft skal få planter til at tåle tørke

Det er altså denne ekstra måneskinsfunktion eller superkraft, som Elizabeth Heather Jakobsen Neilson vil bruge i sin forskning for at udvikle mere modstandsdygtige afgrøder:

Tørke er en af konsekvenserne af klimaforandringerne, og det giver udfordringer med produktionen af afgrøder over hele kloden. På den ene side har vi en voksende befolkning med et stigende behov for mad, og på den anden side klimaforandringer, der fører til, at udbytterne falder.

Indenfor planteforædlingen er forskerne derfor konstant på jagt efter at udvikle egenskaber, der kan forbedre afgrødernes udbytte under nye ugunstige miljøforhold.

»Problemet er, at de afgrødetyper, vi dyrker i dag, er tilpasset de nuværende miljøforhold, og ikke miljøet med øget drivhuseffekt, som kan medføre tørke, øgede temperaturer, mere kuldioxid i atmosfæren osv. Derfor har vi desperat brug for afgrøder, der mere effektivt kan omsætte næringsstoffer og vand, når inputtet falder, uden at det går ud over udbyttet. Det er en udfordring, vi som forskere og samfund er nødt til at finde løsninger på.«

Det fortæller adjunkt Elizabeth Heather Jakobsen Neilson fra Institut for Plante- og Miljøvidenskab ved Københavns Universitet. Hun har netop modtaget en prestigefyldt bevilling til et projekt, hvor hun sammen med sin forskergruppe vil undersøge en overset proces i plantebeskyttelsen hos klimatilpassede kornsorter som byg og durra (sorghum).

Mekanisme til klimaresistente afgrøder

»Det ultimative mål med mit projekt, SuperYUCCA, er at identificere en ny mekanisme, som gør, at planter bedre kan reagere på forskellige ugunstige forhold som for eksempel tørke,« uddyber Elizabeth Heather Jakobsen Neilson.

I sit nye forskningsprojekt har hun særligt fokus på de såkaldte YUCCA-gener. Det er en vigtig gruppe af arveanlæg hos planter, som koder for egenskaber, der findes i alle planter hele kloden rundt:

»En del af mit projekt går ud på at grave dybt ind i selve cellerne og se på, hvordan YUCCA- enzymer taler sammen med andre proteiner i både byg og durra. Disse planter har jeg valgt, fordi de allerede er ret modstandsdygtige afgrøder, som kan tåle høje temperaturer og tørkestress. Selv durra kan blive relevant i Danmark, og nogle landmænd dyrker det allerede herhjemme, men om tyve år vil der blive dyrket meget mere durra på markerne på grund af klimaforandringerne. Ligesom byg vil den være en brugbar miljøafgrøde, og så kan man også lave godt øl på den.«

Den australske forsker slutter med at fastslå, at forskningen under alle omstændigheder vil skabe værdi og have en betydning:

»Hvis min hypotese er korrekt, er det mit store håb præcist at fastslå, hvordan disse vigtige afgrøder reagerer på miljømæssig stress gennem multifunktionsmekanismen, som jeg forestiller mig kan tændes eller slukkes i planerne alt efter miljøforholdene. Men selv hvis min hypotese ikke fuldstændigt holder stik, så vil mine resultater om YUCCA-generne tilføje ny vigtig viden til den grundlæggende forståelse af planters biologi.«

YUCCA-gener og deres måneskinsfunktion YUCCA-gener har fået deres navn efter YUCCA-planten, Agave sp. Det skyldes, at de første YUCCA-gener, som kom til udtryk i mutantplanten, lignede en Agave sp. med nedadkrøllede blade og den karakteristiske semioprejste vækst.  YUCCA-gener koder for fuldstændigt forskellige egenskaber, der er bevaret og selekteret igennem millioner af år, fordi det har været en fordel for planternes overlevelse, dvs.: - for produktionen af væksthormonet auxin, som får planterne til at vokse, - for en eller flere andre funktioner, kaldet måneskinsfunktioner, som bevirker, at planterne kan vokse under forskellige ugunstige miljøforhold, såsom under ekstrem tørke. Ovenstående måneskinsfunktion fandt forskere i et studie, der blev offentliggjort i 2015, men som tilsyneladende siden er blevet glemt. Men nu tager Elizabeth Heather Jakobsen Neilson tråden op i sit forskningsprojekt og arbejder videre med resultaterne. Kilde: Elizabeth Heather Jakobsen Neilson.