Oversvømmelse, tørke og sygdomstolerance - et enkelt gen styrer det hele

Et internationalt samarbejde imellem Københavns Universitet, Nagoya University og University of Western Australia har resulteret i et gennembrud indenfor plantebiologien. En gruppe forskere har siden 2014 arbejdet intensivt på at identificere den genetiske og fysiologisk baggrund for, at ris og mange naturlige planter fra vådområder udviser stor tolerance overfor oversvømmelser. Gruppen har netop nu publiceret en videnskabelig artikel i det internationalt anerkendt tidsskrift New Phytologist, hvor de rapporterer om opdagelsen af bare et enkelt gen, som styrer bladoverfladernes nanostruktur – noget, der gør bladene ekstremt vandafvisende.

Det nyopdagede gen har de navngivet LGF1 (Leaf Gas Film 1), fordi bladene under vand danner en tynd sølvglinsende gasfilm. Gasfilmen dannes på grund af den ekstremt vandafvisende overflade, og det beskyttende luftlag gør, at bladene er i stand til at opretholde udvekslingen af ilt og kuldioxid med det omgivende vand. Gasfilmen fungerer som en gælle hos en fisk! På den måde kan fotosyntesen, som er afhængig af kuldioxid og lys, stadig fungere, selvom planten er helt oversvømmet. 

LGF1 genet gør også planterne mere tørketolerante, da de fine nanostrukturer også nedsætter fordampningen fra bladene. På den måde sparer planten på vandet og kan bedre overleve perioder med tørke. 

Den beskyttende luftfilm fungerer ved, at spalteåbningerne i bladene ikke bliver fyldt med vand, når planten oversvømmes. Planter, som ikke har ekstremt vandafvisende blade, ”drukner” under en oversvømmelse, fordi de ikke kan optage ilt igennem de vandfyldte spalteåbninger. Og hvis de ikke drukner, så løber de tør for energi, fordi de ikke kan producere sukkerstoffer i fotosyntesen, hvis de ikke kan optage kuldioxid.

-        “Vi har anvendt avancerede mikroelektroder både under kontrollerede laboratorieforhold og i forbindelse med rigtige oversvømmelser naturen for at afdække betydningen gasfilmen som dannes på de superhydrofobiske blade”, siger professor Ole Pedersen fra Biologisk Institut på Københavns Universitet.

Langtidseffekterne er stadig lidt af et puslespil

-         “Det er lykkedes os at demonstrere den store betydning af gasfilmen i forbindelse med oversvømmelse af både ris og hvede, og i visse situationer gror ris faktisk ligeså godt under vand som over vand – men kun fordi ris er i besiddelse af LGF1 gene”, fortsætter Ole Pedersen.

Opdagelsen af genet har stor betydning. Overalt i verden leder klimaforandringerne til ændringer i nedbørsmønstre, og selv i områder som i fremtiden bliver mere tørre, må man forvente, at antallet af oversvømmelser stiger, fordi regnen falder i forbindelse med kraftige tordenbyger af dages varighed. Her i Danmark har vinteren budt på store oversvømmelser af vores vigtigste vinterafgrøder, og der er derfor stort behov for udviklingen af nye, smarte sorter, som bedre tåler lange perioder med vand på markerne.

“Bladenes superhydrofobiske egenskaber, som styres af LGF1 genet, forsvinder imidlertid efter nogle dages oversvømmelse, og så drukner planterne, når de bliver våde. Derfor fokuserer vores forskning nu på at få planterne til at producere endnu flere nanostrukturer, før de oversvømmes, så vi på den måde kan forberede planterne på tiden under vand. Det faktum, at bladenes superhydrofobiske egenskaber er styret af blot et enkelt gen, gør det langt nemmere at komme i mål med denne ambition”, konkluderer Ole Pedersen.