211service.com
Toksicitetsresistente afgrøder
Meget af verdens afgrødejord indeholder aluminium, der hæmmer afgrøderne. Men en ny undersøgelse har fundet en måde at få planter til at vokse høje på trods af metallets giftige virkninger. Opdagelsen af plantebiologer ved University of California, Riverside, tyder på, at genteknologi kan øge udbyttet fra marker, der i dag ikke er ideelle til dyrkning af afgrøder.
Aluminiumsfolie: Når aluminium i jord bliver aktiveret af sure forhold, skader det planternes DNA. Som svar stopper normale rodceller i midten af deling (øverste række). Men i planter med en mutation, der gør dem blinde over for DNA-skaden, bliver rodceller ved med at dele sig og omgå aluminiums hæmmende virkninger (nederste række).
Aluminium er almindeligt i jord - det er en vigtig bestanddel af ler - men kun i sur jord danner metallet en ion, der kan opløses i væsker, og det er giftigt for planter. Sur jord udgør dog så meget som halvdelen af verdens dyrkede arealer, og aluminiumtoksicitet er den vigtigste faktor, der holder afgrødevæksten tilbage i næsten 20 procent af verdens agerjorde, herunder store områder af USA øst for Mississippi-floden og det nordvestlige Europa. .
Problemet er, at vi har alle disse afgrødeplanter – hvede og majs og byg og så videre – som ikke udviklede sig eller blev udviklet på aluminium-giftig jord, studieleder og professor i biokemi Paul Larsen siger. De har ikke naturlig modstand eller tolerance over for aluminium. Planteavlere arbejder på at udvikle stammer, der bedre kan klare giftigt aluminium, men de har kun været i stand til at lave trinvise forbedringer, siger Larsen.
I et studie i Aktuel biologi , Larsen og hans kollega Megan Rounds har afsløret en simpel mutation til et enkelt gen, der får planter til at trives på trods af niveauer af aluminium, der normalt ville være giftigt. Larsen og Rounds fandt genet, kaldet AtATR, ved at finkæmme mutanter af Arabidopsis , et medlem af sennepsfamilien, der almindeligvis bruges i plantegenetiske undersøgelser. Genet er relateret til en familie af proteiner, der er kendt for at hjælpe med at finde og reagere på DNA-skader i næsten alle flercellede organismer.
Giftige aluminiumioner er kendt for at beskadige DNA, og det nye studie tyder på, at planter reagerer ved at lukke væksten af celler i spidserne af deres rødder, når de ophober for meget DNA-skade. Planter kan have udviklet denne reaktion for at hjælpe dem gennem generationer med at klare aluminiums giftige virkninger, spekulerer Larsen. Men på kort sigt betyder det, at planterne er mindre sunde og er forkrøblede og mere sårbare over for stressfaktorer som tørke.
Men den nyligt identificerede mutation inaktiverer AtATR-proteinet, så celler reagerer ikke på DNA-skader ved at lukke ned for celledeling og derved omgå det kontrolpunkt, siger Larsen. Planten er effektivt blind for, hvad der sker i cellen. Så mutantplanterne kan opretholde høje niveauer af vækst i nærvær af toksiske niveauer af aluminium, selvom de lider af nogle DNA-skader.
Det er endnu ikke klart, hvor meget DNA-skader planterne får, siger Larsen. Men strategien kunne virke for at fremme kortsigtet vækst, selvom den ville ofre planternes DNA. For at undgå, at DNA-skader akkumuleres over generationer af dyrkning på aluminium-rige jorder, kunne landmænd få frø fra mutante planter dyrket på aluminium-fri jord. Dette ville afspejle, hvordan landmænd i industrialiserede lande bruger hybridfrø fra landbrugsvirksomheder i stedet for at gemme deres egne frø til at plante yderligere generationer af afgrøder.
Værket giver det første overbevisende bevis for en mekanisme, der forklarer den toksiske effekt af [aluminium] på rodvækst, siger plantebiolog Manny Delhaize af Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization Plant Industry Center, i Canberra, Australien. Der har været adskillige teorier om, hvordan aluminium standser rodvækst, og dette arbejde giver overbevisende beviser vedrørende den involverede molekylære proces. Delhaize siger, at en anden metode til at holde væksthastigheden høj, samtidig med at den begrænser enhver DNA-skade, kan være at konstruere planter, så deres rodspidser udtrykker molekyler, der ville inaktivere AtATR.
Men sådan en målrettet tilgang er måske ikke nødvendig, argumenterer Larsen. Selv efter at have dyrket mutantplanterne på aluminiumholdig jord i flere generationer, er der ingen åbenlyse skadelige virkninger på vækst, levedygtighed, [eller] frøproduktion, siger han.