Forædling af salt-tolerante planter

Quinoa-planten kan tjene som model til at gøre andre afgrøder salttolerante. Den vokser godt på saltholdig jord, fordi det overskydende salt simpelthen dumpes i specielle blærer på bladene.

Jorderosion betragtes som et problem, der bringer den menneskelige befolknings ernæring i fare. Et af dets aspekter er jordsaltning, som påvirker især tørre områder af jorden, hvor bønder er tvunget til at vande deres marker kraftigt. Store mængder af salte opløst i vandet, såsom natrium og klorid, diffunderes ned i jorden og forbliver der, efter at vandet er fordampet. Saltet hæmmer afgrøderne og kan endda gøre jorde ufrugtbare på længere sigt.

"Alle metoder indtil videre til at forædle salt-tolerante planter må betragtes mere eller mindre som fiaskoer", siger professor Rainer Hedrich, planteforsker ved Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg i Bayern, Tyskland. De havde alle til formål at få afgrødeplanter til at vokse på saltholdig jord og identificere salttolerante racelinjer i processen. Men denne tilgang kan ikke fungere.

Og det er der en grund til:"Vores afgrødeplanter er resultatet af mange års forædling. I den tid, mennesket har beskyttet dem mod næsten alle negative miljøpåvirkninger, så de har mistet meget af deres naturlige modstandskraft", forklarer Hedrich. "Så snart disse elitelinjer kommer i kontakt med for meget salt, de dør normalt."

Salttolerante planter fungerer som model

Så Rainer Hedrich, sammen med professor Sergey Shabala (University of Tasmania), i gang med at udvikle en ny strategi. De to videnskabsmænd satsede på planter, der er naturligt salttolerante.

En sådan plante er quinoa ( Chenopodium quinoa ). Det kommer fra Andesbjergene, hvor det har været brugt som mad i 7, 000 år. I mellemtiden er frøene af denne sydamerikanske pseudo-korn, som er fri for gluten og rige på vitaminer, har fundet vej til europæiske supermarkedshylder.

Planten optager salt fra jorden og opbevarer det i blæreformede celler på overfladen af ​​dens blade. Dette beskytter de saltfølsomme metaboliske processer, og planten kan vokse godt selv på saltholdig jord.

Uden blæreceller lider quinoa af saltstress

Forskerne har fundet en enkel måde at bevise, at det virkelig er blærecellerne, der sikrer plantens salttolerance. "Bare et par lette penselstrøg over et quinoablad får blærecellerne til at falde af", siger professor Shabala. Frataget deres saltblærer, disse planter vokser på ikke-saltholdig jord lige så godt som ikke-børstede eksemplarer. Men en eksponering for almindeligt salt hæmmer deres vækst betydeligt.

De runde til ovale blæreceller af quinoa har en diameter på næsten en halv millimeter. De er veritable kæmper i planteriget, og kan normalt ses selv med det blotte øje. Deres lagringskapacitet er op til 1000 gange højere end nogen normal celle på bladoverfladen.

Prisen for bortskaffelse af salt er sukker

For at få et indblik i "operativsystemet" af quinoa og dens blæreceller, arbejdsgruppen af ​​professor Jian-Kang Zhu (University of Shanghai) har afkodet Andes-kornets DNA. Professor Hedrichs team sammenlignede derefter de aktive gener fra blade og blæreceller. De nødvendige bioinformatiske analyser blev udført af eksperter fra University of Shanghai og fra teamet af Georg Haberer fra Helmholtz Center München.

Resultatet:Selv uden saltbehandling, der er gener, der arbejder i blærecellerne, som hos andre arter kun er aktive, når planten er under stress. De omfatter transportører, der transporterer natrium- og chloridioner ind i blærecellen. En stimulering med salt udløser aktiveringen af ​​yderligere gener, der er nødvendige for at opretholde signalvejen for stresshormonet ABA.

At opbevare saltet forbruger energi. Denne energi genereres af blærecellerne fra sukkermolekyler, som de specielt importerer fra bladet til det formål. Blærecellerne modtager den nødvendige energi fra bladet og trækker sig tilbage ved at absorbere det giftige salt", forklarer Hedrich.

Krydsning af salttolerance til afgrødeplanter

De nye resultater er blevet offentliggjort i Cellerapporter tidsskrift. De skal på længere sigt bruges til forædling af salttolerante planter. "Det første skridt er taget", siger professor Hedrich. "Vi vil nu bruge en kombination af udviklingsgenetik og den funktionelle analyse af salttransportproteiner til at forstå de molekylære mekanismer, der producerer og vedligeholder salttolerancen i quinoa."

JMU-forskerholdet ønsker at lære af quinoa-linjer udstyret med et meget stort eller meget lavt antal saltblærer. Den har en stor pool at trække på:omkring 2000 vilde og dyrkede sorter af planten fra Andesbjergene er kendt indtil videre. Det endelige resultat af deres arbejde kan ikke kun være forædling af quinoasorter med en endnu højere salttolerance, men også krydsning af salttolerancegener til beslægtede afgrødeplanter såsom sukkerroer eller spinat.