Hvad nu, hvis det næste gennembrud inden for hvedeforædling sker under jorden?

Hvad nu, hvis hvede kunne bede om hjælp?

Hvis man ser på en hvedemark, er det let at forestille sig, at der ikke sker ret meget. Planterne står stille i jorden. De vokser, bliver grønne, sætter kerner og venter på høst. Men under jordoverfladen er historien en helt anden.

Rødderne er omgivet af millioner af mikroorganismer. Nogle af disse bittesmå organismer kan hjælpe planterne med at få adgang til næringsstoffer, mens andre måske kan hjælpe dem med at klare vanskelige forhold.

Og planten sidder ikke bare passivt. Dens rødder frigiver stoffer, som påvirker de mikroorganismer, der lever omkring dem. På en måde kan planten og mikroorganismerne altså tale med hinanden. Men hvad betyder det egentlig?

Det er udgangspunktet for et nyt europæisk forskningsprojekt kaldet EVOLVE, som ledes af lektor Ivan Paponov fra Institut for Fødevarer på Aarhus Universitet (AU FOOD) og hans forskerteam.

Sammen vil de forstå denne interaktion – og undersøge, om den på sigt kan hjælpe hvede med at udnytte næringsstoffer mere effektivt og klare tørke og andre miljømæssige belastninger bedre.

Små pakker med beskeder

Planter frigiver mange forskellige stoffer gennem deres rødder. EVOLVE har særligt fokus på én mulig måde, hvorpå planter sender biologiske signaler: bittesmå partikler kaldet ’ekstracellulære vesikler’.

Navnet lyder kompliceret. Men den grundlæggende idé er lettere at forstå:

»Tænk på dem som små pakker,« forklarer Ivan. »De er omgivet af en membran og kan indeholde biologiske molekyler som for eksempel små RNA-molekyler.«

Forskerne vil undersøge, om små RNA-molekyler, der transporteres af disse vesikler, kan påvirke bestemte mikroorganismer omkring rødderne – og om mikroorganismerne reagerer på måder, der gavner planten.

Det er nogle af de spørgsmål, Ivan og hans team vil undersøge i EVOLVE.

Det begyndte med et enkelt spørgsmål

Idéen bag EVOLVE begyndte ikke som en stor forskningsplan. Den begyndte med et spørgsmål.

Ivan undersøgte allerede stoffer, der frigives fra planterødder. Han interesserede sig også for de små vesikler, der transporterer biologisk materiale inde i planteceller. På et tidspunkt mødtes de to forskningsområder i hans tanker og førte til et spørgsmål:

Kunne nogle af de stoffer, der frigives fra rødderne, blive pakket ind i disse bittesmå vesikler og transporteret ud af rødderne?

»Det lød lidt usædvanligt i starten, men det var også det, der gjorde det så interessant,« siger Ivan.

Han diskuterede idéen med en kollega, som forskede i ekstracellulære vesikler i pollen. Svaret var enkelt: Hvorfor ikke undersøge det?

Den samtale udviklede sig efterhånden til et større samarbejde. Trin for trin kom flere forskere med, idéen blev videreudviklet, og projektet blev til sidst udvalgt til finansiering af Den Europæiske Union.

I dag samarbejder otte organisationer fra syv lande om EVOLVE i de næste tre år.

Hvad nu, hvis vi kunne forædle planter, der er bedre til at samarbejde?

Det er her, idéen bliver særligt interessant for landbruget.

Planteforædlere udvælger normalt planter ud fra egenskaber som højt udbytte, god kvalitet eller evnen til at klare tørke og andre belastninger. Men hvad nu, hvis forædlere også kunne se på, hvordan en plante interagerer med mikroorganismerne omkring dens rødder?

Forskellige hvedegenotyper kan producere forskellige biologiske signaler. Nogle planter er måske bedre end andre til at påvirke mikroorganismer på måder, der forbedrer næringsstofudnyttelsen eller hjælper planten med at klare stress.

EVOLVE vil undersøge, om sådanne forskelle findes, og om de på sigt kan bruges i planteforædling. I stedet for kun at udvælge en plante ud fra, hvad den selv kan, vil forædlere måske en dag også kunne tage hensyn til, hvor godt den interagerer med mikroorganismerne omkring sine rødder.

»For os åbner det en spændende ny mulighed inden for planteforædling,« siger Ivan. Men først skal forskerne fastslå, om idéen faktisk fungerer.

Kan mikroorganismer hjælpe hvede med at bruge mindre gødning?

Et af de store spørgsmål i EVOLVE handler om kvælstof. Hvede har brug for kvælstof for at vokse, og landmænd tilfører i dag en stor del af det gennem gødning. Men planterne optager ikke alt det kvælstof, der tilføres jorden. Noget går tabt til miljøet.

Men hvad nu, hvis mikroorganismer kunne hjælpe hvede med at få adgang til mere af de næringsstoffer, der allerede findes i jorden?

Nogle mikroorganismer omkring planterødder kan bidrage til tilgængeligheden af næringsstoffer. EVOLVE vil undersøge, om hvede kan påvirke disse mikroorganismer – og om ekstracellulære vesikler og de biologiske molekyler, de transporterer, spiller en rolle.

Hvis forskerne kan forstå og på sigt udnytte disse interaktioner, kan det være med til at udvikle afgrøder, der udnytter næringsstoffer mere effektivt.

Projektet undersøger også algebaserede biogødninger. Tanken er ikke blot at tilføre næringsstoffer til jorden. Forskerne vil undersøge, om alger kan levere ekstracellulære vesikler og andre biologiske signaler, som påvirker mikroorganismerne omkring planterødderne.

Med andre ord: Kan en biogødning gøre mere end blot at give planten næring? Kan den også være med til at påvirke det mikroskopiske samfund omkring rødderne? Det er noget, forskerne skal undersøge.

Og hvad med tørke?

Forskerne er også interesserede i, hvad der sker, når vand bliver en mangelvare.

Nogle mikroorganismer omkring planterødder er kendt for at hjælpe planter med at klare tørke. EVOLVE vil undersøge, om ekstracellulære vesikler, der frigives af hvede, og de biologiske molekyler, de indeholder, kan påvirke disse gavnlige mikroorganismer.

Hvis forskerne finder ud af, at de kan, kan det pege på en ny måde at hjælpe planter med at udnytte deres naturlige relationer til mikroorganismer bedre, når forholdene bliver vanskelige.

På længere sigt håber forskerne, at denne viden kan bidrage til at identificere hvedeplanter, som bedre kan opretholde udbytte og kvalitet under vanskelige forhold. Men der er lang vej, før det kan blive til en teknologi, der kan anvendes i landbruget.

Fra spændende idé til videnskabelig dokumentation

EVOLVE undersøger et forholdsvis nyt forskningsområde, og forskerne ved endnu ikke, om den mekanisme, de undersøger, fungerer på den måde, de håber.

Først skal de forstå, hvilke signaler planterne producerer, hvordan signalerne fungerer, og hvilke mikroorganismer der reagerer på dem. De skal også undersøge, om forskellige hvedegenotyper adskiller sig tilstrækkeligt til, at disse interaktioner kan blive nyttige i planteforædling.

Projektet begynder med 48 forskellige hvedegenotyper. Forskerne vil undersøge, om deres metoder på sigt kan opskaleres til langt større antal planter. Kunstig intelligens bliver også en del af projektet og skal hjælpe forskerne med at analysere store mængder biologiske data og identificere mønstre.

Målet er ikke at gå ud fra, at idéen virker, men at finde ud af, om den virker, hvordan den virker, og om den på sigt kan blive nyttig.

Mange års forskning samles

For Ivan samler EVOLVE også mange forskellige dele af hans videnskabelige karriere.

Gennem årene har han arbejdet med planteforædling, planteernæring, kvælstofudnyttelse, molekylærbiologi og bioinformatik. Han har også studeret de bittesmå vesikler, der er involveret i transport inde i planteceller, samt de stoffer, planter frigiver til deres omgivelser. Nu samles disse forskellige forskningsområder i ét projekt.

»På en måde føles det, som om mange års forskning samles her,« siger han.

I løbet af de næste tre år vil Ivan og hans internationale team forsøge at finde ud af, hvad der egentlig foregår under hvedemarken.

Sender planterne biologiske beskeder? Reagerer mikroorganismerne? Og måske vigtigst af alt: Kan vi hjælpe hveden med at udnytte disse relationer bedre?

Svarene kendes endnu ikke. Men hvis forskerne kan påvise, at disse interaktioner fungerer, som de har mistanke om, kan det give planteforædlere et nyt værktøj – og potentielt føre til en ny måde at tænke bæredygtigt landbrug på.

Hvis EVOLVE bliver en succes, kan projektet åbne for en ny tilgang til udvikling af afgrøder: at se ikke kun på selve planten, men også på, hvor effektivt den interagerer med mikroorganismerne omkring sine rødder.