16. september 2020

Planteforædling i mikroskala

Planteforædling

En ny teknik gør det muligt at undersøge og udvælge de mest modstandsdygtige mikroalger blandt tusindvis af enkeltceller, der udsættes for miljømæssige stressfaktorer, såsom høj temperatur og lav pH. Dette kan udnyttes til at fremavle mikroalger, der kan gøre koraller mere modstandsdygtige overfor klimaforandringer, eller til at optimere algekulturer til en mere effektiv bioproduktion.

PhenoChip
En ny chip-teknologi (PhenoChip) gør det muligt at undersøge og selektere mikroalge-celler under komplekse miljøforhold som f.eks. gradienter af temperatur eller pH. Foto: Lars Behrendt

Udviklingen af liv på jorden er drevet af naturlig selektion på individuelle organismer. Organismer inden for en given art udviser naturligt forskelle i vækst, adfærd og metabolisme – såkaldt fænotypisk variation, der bunder i små genetiske forskelle organismerne imellem. Dette gør det muligt at selektere individer med bestemte egenskaber – enten via naturlig selektion, der sikrer overlevelse af de mest levedygtige individer i et givet miljø, eller via avl og krydsningsforsøg, hvor man speeder evolutionen op under kontrollerede forhold. Sidstnævnte har været, og er stadig, afgørende for menneskeheden, bl.a. ved forædling af afgrøder og i husdyravl.

Mens det er forholdsvist let at studere og udvælge individer i en population af dyr eller planter, er det anderledes udfordrende, når der er tale om mikroorganismer, såsom mikroskopiske alger. Mikroalger har et stort samfundsmæssigt potentiale og de anvendes i stigende grad inden for grøn bioteknologi og i produktionen af biomasse.

Hidtil, har det ikke været muligt at undersøge et stort antal enkeltceller for at finde de specifikke mikroalger, som klarer sig bedst under en given miljøpåvirkning. Men nu har et internationalt hold af forskere fra Biologisk Institut ved Københavns Universitet, Uppsala Universitet, Massachusetts Institute of Technology i USA, og ETH Zürich i Schweiz udviklet en banebrydende mikroskopisk metode til at screene mange mikroalge-celler på samme tid under komplekse, skiftende miljøforhold. Forskningen er netop publiceret i det anerkendte tidsskrift Science Advances.

Artiklens førsteforfatter, adjunkt Lars Behrendt (Uppsala Universitet og tidligere ph.d.-studerende ved Biologisk Institut, Københavns Universitet) forklarer: ”Vi har udviklet en ny chip-teknologi (PhenoChip), som gør det muligt at simulere forskellige miljøforhold og observere mange hundrede enkeltceller ad gangen, mens vi måler, hvordan hver enkelt mikroalges fotosyntese responderer på miljøpåvirkningerne. I artiklen viser vi, at mikroalger, der indgår i symbiose med koraller, undergår individuelle tilpasninger når de udsættes for højere temperatur eller lavere pH. Dette er relevant i forhold til klimaforandringerne, hvor havvandet bliver varmere og mere surt som følge af den stigende mængde drivhusgasser i biosfæren. Ved hjælp af den nye PhenoChip-teknologi kan vi finde de mest modstandsdygtige mikroalger og høste dem med henblik på videre dyrkning og optimering. Således har vi nu et redskab til at foretage planteforædling i mikroskala”.

Professor Michael Kühl (Biologisk Institut, Københavns Universitet), som har deltaget i forskningen, uddyber: ”Der er mange spændende muligheder i denne nye teknologi – både inden for grundforskningen og den anvendte forskning. Eksempelvis kan man fremavle modstandsdygtige mikroalger, som ved implantering i koraller forhåbentlig kan bevirke, at korallerne bliver mere modstandsdygtige overfor de miljøforandringer klimakrisen medfører. Dette er en tilgang, mange koralforskere undersøger i øjeblikket, og hér vil vores nye teknologi kunne booste forskningen markant. Man kan også anvende PhenoChip til at selektere for mikroalger, som er særligt produktive under bestemte miljøforhold, hvilket er relevant ved optimering af alge-baseret produktion af biomasse eller specifikke stoffer. Endelig er PhenoChip også et spændende nyt værktøj til at teste og kvantificere effekten af skadelige stoffer, f.eks. pesticider og andre giftstoffer, på celler.”

Fra dansk side har forskningen været støttet både af Danmarks Frie Forskningsfond via Sapere Aude- og projektbevillinger til Lars Behrendt og Michael Kühl og af Carlsbergfondet via infrastrukturbevillinger til Michael Kühl.