Sådan kæmper planter sig vej gennem hård jord

Tunge køretøjer og maskiner i marken kan føre til traktose.

Men måske kan planterne selv løse det problem. Når jorden bliver hård og tæt, kan planter reagere ved at gøre deres rødder tykkere, så de bedre kan trænge igennem jorden. Hidtil har man dog ikke vidst, hvordan planterne gør det - kun at plantehormonet ethylen spiller en central rolle. Det skriver Københavns Universitet i en pressemeddelelse.

Nu har forskere fra blandt andet Københavns Universitet, Shanghai Jiao Tong University og University of Nottingham samlet brikkerne og fundet forklaringen. Resultaterne er udgivet i det kendte tidsskrift Nature.

- Fordi vi nu ved, hvordan planter kan ændre deres rødder, når de støder på kompakt jord, kan vi aktivere dem til at gøre det mere effektivt, siger Staffan Persson, professor på Københavns Universitet og sidsteforfatter på studiet.

Se også:

Ny opfindelse: Grubbetænder, der kan dreje i jorden

Biologisk kile i jorden

Forskerne har opdaget, at når jorden er kompakt, og hormonet ethylen ophober sig rundt om roden, aktiverer hormonet et gen ved navn OsARF1.

Dette gen sørger for at dæmpe produktionen af cellulose i visse af rodens celler. Dette gør cellevæggene i røddernes midterste lag tyndere og blødere og dermed mere fleksible, så rødderne får plads til at svulme op og udvide sig. Samtidig bliver det yderste lag af rødderne (epidermis) tykkere og stivere.

- Vi kan se, at rødderne ændrer deres struktur på en måde, der følger et basalt ingeniørprincip: Jo større et rør er i diameter, og jo stærkere ydervæggen er, desto bedre kan det modstå kollaps, når det presses ind i et kompakt materiale, siger Bipin Pandey, seniorforfatter og lektor på University of Nottingham.

Kombinationen af at rødderne udvider deres omkreds og forstærker deres stærkere ydre lag, får rødderne til at fungere som en slags biologisk kile i jorden, som letter plantens vej ned i jorden.

- Det er fascinerende at se, hvordan planter bruger mekaniske principper, som vi kender fra byggeri og design, til at løse biologiske udfordringer, siger Staffan Persson.

Se også:

Nyt maskinsæt sikrer effektiv rapssåning hos JSJ Agro

Bedre vækst i hård jord

Under studiet fandt forskerne også ud af, hvordan man får planterne til at skrue op for mekanismen:

- Vi viser i studiet, at hvis vi skruer op for et bestemt protein (en såkaldt transskriptionsfaktor), er roden bedre i stand til at penetrere jorden. Så med denne nye viden kan man nu begynde at ændre, hvordan roden ser ud, og hvordan den håndterer hård jord. Det åbner for nye muligheder i planteforædling, siger Jiao Zhang førsteforfatter og postdoc fra Shanghai Jiao Tong University.

Selvom forsøgene er udført med risplanter, formoder forskerne, at mekanismen gør sig gældende i alle planter. Dele af den samme mekanisme er nemlig også påvist i forsøgsplanten Arabidopsis, som slægtsmæssigt er meget fjern fra ris.

- Vores resultater kan bruges til at udvikle afgrøder, der er bedre rustet til at vokse i jord, som er blevet komprimeret af landbrugsmaskiner eller klimaforandringer. Det bliver afgørende for fremtidens bæredygtige landbrug, siger professor og seniorforfatter Wanqi Liang fra Shanghai Jiao Tong University.

Men resultaterne fra studiet åbner flere nye døre inden for planteforædling. For forskerholdet har også fundet mange flere transskriptionsfaktorer, som ser ud til at være selve nøglerne til at regulere celluloseproduktionen i planter. Og det kan stor indflydelse på planters form og opbygning. For eksempel kan man udvikle forskellige faconer på blade, hvilket kan være nyttigt i visse afgrøder.

- De transskriptionsfaktorer, vi her har opdaget, er en guldmine inden for cellevægs-biologi. Her er rigeligt for mig at forske i, til jeg skal på pension, siger Staffan Persson.

Studiet er resultatet af et samarbejde mellem forskere fra Kina, Storbritannien, Japan, Argentina og Danmark og bygger på både laboratorieforsøg, genetiske analyser og avanceret mikroskopi.