Slik vil forskere gi bonden større avling

Denne artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Oslo - les mer.

Bildet viser en rapsåker. Raps er en av plantene som kan være mulig å øke avlingene for. (Foto: Waldemar / Unsplash)

Ved å hindre frøene i å falle av før tiden kan bøndene produsere mer på det samme arealet.

I mange matplanter er det et stort problem at frukt eller frø faller av før høstingen. Det forteller forsker Sergio Galindo-Trigo ved Universitetet i Oslo. 

Han er en av forskerne som har oppdaget et nytt gen knyttet til hvordan og når, blomster, frø, frukt og blader felles. 

Planten de har forsket på, er vårskrinneblom, Arabidopsis thaliana, men liknende prosesser foregår også i rapsplanten som brukes for å produsere rapsolje.

Rapsolje som brukes i matlaging over hele verden, kommer fra rapsfrø. Raps dyrkes også i Norge. Problemet er at de små frøene er skjøre.

– For mye vind og regn eller for lite regn, plantesykdommer eller annet type stress, kan føre til at frøene faller av planten før de er klare til å høstes. Dette har en enorm innvirkning på avlingens størrelse, forklarer Galindo-Trigo.

Mange forhold kan gjøre at planten setter i gang prosessen med å miste blomsten, frøene eller fruktene. Forskerne kaller denne prosessen for absisjon. 

Fra plantens side er det en styrt prosess som blant annet gjør at trærne kan felle bladene sine om høsten. Plantene har gener for ulike signaler som regulerer hvordan, og når, de mister de ulike organene sine.

Elwira Smakowska-Luzan, en av hovedsamarbeidspartnerne i prosjektet, og Sergio Galindo-Trigo fotografert ved dyrkningsfasiliteten ved Universitetet i Wageningen. (Foto: Melinka Butenko)

Det nye genet

Fra før er det kjent at flere gener jobber sammen for å styre absisjon hos planter. 

Genet som forskerne har oppdaget nå, er tidligere kjent fra helt andre prosesser i planter. For eksempel motstand mot sykdommer, vekst eller utviklingen av ulike strukturer slik som porene i bladene. 

Genet kalles for BSK1. Fordi genet var kjent fra andre prosesser, var det en overraskelse for forskerne at det viste seg å spille en rolle i blomsterfelling også.

– En viktig del av arbeidet har vært å kaste lys over hvordan en av plantenes signalveier brukes i helt ulike prosesser. Kunnskapen vi får fra vårskrinneblom er viktig dersom bruken av signalveien som styrer absisjon, som for eksempel under frøfelling, skal anvendes kommersielt. Vi må forstå hvilke andre prosesser som kan påvirkes for å kunne forhindre uønskede egenskaper. Det er uheldig å hemme utvikling hvis målet er å produsere større avlinger, sier Galindo-Trigo.

Lette gjennom store mengder mutasjoner

Måten forskerne fant genet på, var å se på plantemutasjoner i forskningsplanten vårskrinneblom.

Galindo-Trigo forteller at de hadde en plante med en endring i et gen som kalles for IDA, som gjorde at den ikke mistet kronblader og begerblader. Deretter tok de frø fra denne planten og utsatte dem for et stoff som gir mutasjoner – endringer i arvematerialet. 

Galindo-Trigo forklarer at forskerne gjør dette med tusenvis av plantefrø.

– Vi prøvde å finne en mutasjon som fikk plantene til å miste kronbladene og begerbladene igjen, forteller han. Altså en annen mutasjon som kunne oppveie effekten av den første.

Vårskrinneblom er nært beslektet med viktige matplanter som raps, brokkoli, blomkål og rosenkål. Her er planten rundt tre uker etter at den spirer og en uke før den begynner å blomstre. Fordi den er liten, er den enkel å forske på. (Foto: Sergio Galindo-Trigo)

Ved å så frøene kunne han dyrke fram planter med ulike egenskaper. Noen av plantene hadde gjenvunnet evnen til å miste kronblader og begerblader. Deretter leste han av arvematerialet til alle disse plantene og så etter små endringer som kunne knyttes til egenskapene.

– Det er som å finne en nål i en høystakk, forklarer han.

Slik fant han ut at BSK1-genet var involvert i å regulere blad- og blomsterfelling.

Håpet er å bruke det i mange ulike planter

Galdindo-Trigo forklarer at mange planter deler blomsterfellings-genene fordi de er så viktige for plantens utvikling. Derfor mener han at det er sannsynlig at genet vil virke på en liknende måte i andre planter. 

Siden det er kjent at IDA-signalveien er viktig i andre matplanter, som for eksempel raps, er det stor sannsynlighet for at BSK1 også vil ha en effekt. 

Forskning ved andre institusjoner viser at absisjon i ulike planter, slik som palmetrær, tomater, citrusplanter, og så videre, fungerer på samme måte. 

Hvor stort avlingstapet er på grunn av tidlig fruktfelling, avhenger av hva slags planter det er snakk om. Men det er utvilsomt et stort problem som bekymrer landbrukssektoren, sier han.

Han forteller videre at frøene, som er problemet i raps, ikke bare er et problem hos denne planten. Ulike kornsorter kan også ha dette problemet.

– De kornsortene som typisk dyrkes rundt omkring i verden, er faktisk de som vi gjennom tradisjonell avl har fått til å beholde frøene sine. Problemet er at strenge avlsprogrammer har gjort at disse plantene er veldig like. Blir de utsatt for en sykdom, en parasitt eller en annen trussel, er alle avlingene sårbare, sier han.

Vi har en global monokultur som er svært utsatt

– Vi har på mange måter en global monokultur for noen planter. Fordi de dyrkes over hele verden, betyr det at én effektiv sykdom raskt kan spre seg, sier han.

Ifølge ham finnes det ville versjoner av plantene som dyrkes, som har mer genetisk variasjon. Disse er ofte mer hardføre i møte med sykdommer og parasitter. Grunnen til at de ville typene i liten grad tas i bruk i landbruket, er nettopp fordi de mister fruktene og frøene.

– Noen vill-typer kan miste frøene 80-90 prosent raskere enn tilsvarende kommersielle planter. Derfor er de ikke egnet for å tas i bruk i landbruket fordi det er vanskelig å få store avlinger, sier han.

Løsningen er å kunne tilby måter å få de ville plantene til å beholde frø og frukt uten å måtte gå veien om avl.

– Det er stor interesse for å kunne skape større genetisk variasjon i avlingene og samtidig beholde evnen til å beholde frø og frukt, sier han.

– Med mer genetisk variasjon er det mindre risiko for at en sykdom skal kunne slå ut produksjonen av en plante, slik som banan. Nesten alle bananer som dyrkes kommersielt, er genetisk sett den samme planten, sier han.

Derfor håper han at forskningen deres kan bidra til større avlinger og samtidig økt matsikkerhet. Det er nå søkt patent på noen av genene som regulerer frøabsisjon i raps.

Referanse:

Sergio Galindo-Trigo, Elwira Smakowska-Luzan mfl.: A multifaceted kinase axis regulates plant organ abscission through conserved signaling mechanisms. Current Biology, 2024.  DOI: 10.1016/j.cub.2024.05.057