Specifikke gener beskytter karseplanter mod tungmetaller

Den polske Olkusz-region, som er hjemsted for en af ​​de største bly-zink malmforekomster i verden og et tilsvarende stort antal miner, har en trist rekord:det er hjemsted for nogle af de mest forurenede jorde i Europa. De gennemsnitlige koncentrationer af cadmium, zink og bly kan være fem til ti gange højere end den maksimalt tilladte værdi i Schweiz. Planter vokser dårligt her, fordi giftstofferne bremser den biologiske aktivitet i jorden og hæmmer vigtige processer i plantecellerne.

Thale karse (Arabidopsis halleri), imidlertid, trives glimrende i denne region. I løbet af evolutionen, den har fået en særlig effektiv håndtering af miljøgifte. Dette blev demonstreret i en genetisk undersøgelse udført af forskere fra det schweiziske føderale institut for skov, Snow and Landscape Research WSL sammen med kolleger fra det polske videnskabsakademi (PAN) i Krakow. De er afhængige af et polsk felteksperiment, hvor karseplanter fra fire steder - to forurenede og to uforurenede - blev undersøgt.

Reaktion på miljøstress

WSL-forskerne Christian Sailer og Christian Rellstab undersøgte hele genomerne af planter fra de kontrasterende steder. "Vi fandt slående forskelle på specifikke steder i genomet mellem planter fra steder med og uden tungmetaller, " sagde Rellstab. "Dette skyldes sandsynligvis det faktum, at denne karseart har tilpasset sig tungmetaller i jorden gennem genetiske modifikationer på netop disse steder." De identificerede gener styrer planters reaktioner på ugunstige miljøforhold. En reaktion er transport af metaller ind i specifikke cellesektioner, vakuolerne, hvor tungmetaller og andre giftstoffer opbevares og dermed uskadeliggøres. Andre reaktioner er en del af reparationssystemet, der korrigerer skader på cellekomponenter eller DNA forårsaget af tungmetaller.

Rensning af jord ved hjælp af planter

Disse resultater, som blev offentliggjort i tidsskriftet Videnskabelige rapporter , er vigtige for sanering af forurenede grunde - muligvis også i Schweiz. Ifølge registret over forurenede grunde, over 30, 000 steder, der dækker et samlet areal på 220 kvadratkilometer, er forurenet med kemikalier og tungmetaller, hvilket svarer til størrelsen af ​​kantonen Zug. Omkring 4000 steder er ved at blive saneret. Plantedække er en mulig måde at gøre dette på, enten ved at lade vegetationen optage og fastholde tungmetallerne, eller ved at fjerne de forurenende stoffer gennem græsslåning. Selvom karse er for lille til dette, det er et ideelt forskningsobjekt. Ikke alene kan den modstå ekstremt høje koncentrationer af tungmetaller, men optager også store mængder af dem fra jorden og opbevarer dem uskadeligt i dens planteceller. Den aktuelle undersøgelse viser, at transportgener spiller en særlig vigtig rolle i denne proces. En bedre forståelse af disse mekanismer kunne hjælpe med at avle særligt resistente planter til jordsanering.

"For at kunne bruge tilpassede planter til sanering, vi har brug for at kende de nøjagtige mekanismer for tungmetaltilpasning, " siger plantefysiolog Pierre Vollenweider fra WSL. Undersøgelsen bygger på WSL-forskernes erfaringer med genomet af A. halleri og på tidligere forskningsprojekter om tilpasning af planter til tungmetaller og andre miljøforurenende stoffer.