Turbo-forædling hjælper til at udvikle tørketolerante afgrøder

Dybe rødder er en af de egenskaber hos afgrøder, der gør dem robuste over for tørke.

”Hvis du har rødderne i en meters dybde, men vandet er to meter nede, så er det jo tabt. Har du derimod en plante, hvis rødder når derned, så kan den stadig bruge det,” siger Kristian Thorup-Kristensen.

Han er professor på Institut for Plante- og Miljøvidenskab under Københavns Universitet og arbejder med bl.a. studier af rodvækst og funktion.

Kristian Thorup-Kristensen forklarer, at flerårige afgrøder typisk udvikler dybere rødder end de etårige, der udgør næsten alle de kornsorter, landbruget arbejder med i dag. Derfor følger han nøje forsøg i bl.a. USA med at fremavle sorter, der kan levere et fornuftigt udbytte fra samme plante fx fem år i træk.

Statistik kobler gener og egenskaber sammen

Udfordringen er, at flerårige planter har en længere generationstid, og forskerne først efter en årrække kan se, om alle de træk, de efterstræber, nu også kommer til udtryk. Det gør forædlingen langsom og bremser således udviklingen af nye og bedre sorter.

Her bliver moderne, kraftfuld statistik og genanalyse vigtige værktøjer, forklarer Kristian Thorup-Kristensen:

”Hvis vi følger en stor gruppe planter og måler, hvilke der klarer sig godt over flere år, er det i dag muligt at måle på mange tusinde genmarkører på hver af dem. De markører korrelerer vi op imod planternes egenskaber og finder sammenhænge imellem genetikken og hvilke planter, der klarer sig godt.”

“Når vi så står med den næste nye plante, som endnu ikke er testet i marken, er det muligt at måle genetikken på den og se, hvorvidt den har en lovende gensammensætning, før vi vælger, om vi vil teste den,” fortæller han.

Teknikken hedder GWAS, der står for Genome-Wide Association Studies. GWAS bruges til at forædle for mange egenskaber, men det giver en særlig fordel for ting, der tager årevis at måle, fordi det muliggør, at performance over flere år kan inddrages i forædling med kort generationstid.

Metoden betyder, at forskerne ikke er nødt til at lade alle planterne blive fem år, før de kan bruge deres resultater til noget.

GWAS er bl.a. benyttet på den flerårige Thinopyrum intermedium, der er i familie med hvede, og som organisationen The Land Institute fra USA udvikler og markedsfører som en forbedret afgrøde under varemærket Kernza©.

Vilde slægtninge har interessante gener

De afgrøder, vi har i dag, er resultatet af en forædling fra vilde planter, som har stået på i måske 9.000 år. Men sorterne, vi er endt med, har med tiden mistet meget af deres modstandsdygtighed over for fx udsving i vejret.

Samtidig er meget af deres genetiske variation, der blev udnyttet i den oprindelige forædling, gået tabt.

En kultiveret tomat har fx ca. 35.000 gener, mens den oprindelige, vilde tomat har 40.000. Det er en udfordring, fordi der er mindre råmateriale at arbejde med, hvis forskerne ønsker at tilføre allerede domesticerede planter helt nye egenskaber, fx tolerance mod tørke.

En måde til at omgå den udfordring er at gå tilbage og begynde med en vild slægtning til den plante, der skal kunne modstå tørke bedre. Og det er netop, hvad det danske projekt NovoCrops forsøger, bl.a. med byg.

”Vi forsøger at finde noget byg, der er naturligt robust over for tørke. De findes jo. Der er sågar sorter, der vokser helt ude i ørkenen,” siger professor Henrik Brinch-Pedersen fra Institut for Agroøkologi på Aarhus Universitet.

Den vilde byg fra bl.a. Israel og Den Arabiske Halvø har til gengæld andre uhensigtsmæssige egenskaber. Fx falder kernerne fra aksene, før de er klar til høst – og planterne er meget høje.

”Men de har mange fortræffeligheder. De kan vokse med meget lidt vand, de er i stand til at lukke ned for deres metabolisme i tørkeperioder og så genstarte, når vandet kommer. Her dør vores almindelige byg,” siger Henrik Brinch-Pedersen.

Alle de positive træk, der er opstået gennem de mange tusind års domesticering, mangler dog. Dem forsøger forskerne nu at genskabe med en såkaldt accelereret gendomesticering.

Nye afgrøder modstår klimaændringerne

”Vi kender de gode egenskaber, almindelig byg har. Kernerne er store og bliver siddende på akset, stråene er stærke, og planterne er resistente mod mange sygdomme. Vi prøver altså at få den vilde, tørkerobuste byg til at nærme sig den byg, vi har i dag.”

Gendomesticering kan betale sig, fordi forskerne har godt styr på, hvad der skal til for at frembringe en byg, der ligner den, vi har i dag.

Men de ved meget lidt om, hvad der skal til for at indbygge en robusthed mod tørke ud fra de mange forskellige egenskaber hos vildbyggen. Det udfordres yderligere af den nævnte, begrænsede genetiske variation.

Lykkes det for forskerne at skabe en brugbar byg, mens de fastholder egenskaberne ift. tørke, bliver det en gamechanger for fødevaresikkerheden i klodens udsatte regioner.

”Klimaændringerne kommer buldrende. Vi er nødt til at skubbe den anden vej. En byg med robusthed mod tørke betyder, at der i fremtiden kan dyrkes afgrøder i områder, der er så tørre, at det ikke er muligt i dag. Så har de noget i stedet for ingenting,” fortæller Henrik Brinch-Pedersen.

NovoCrops er finansieret med 60 mio. fra Novo Nordisk Fonden, og resultaterne er langt fra kun relevante i Afrika. Selv om den danske høst i 2022 var god, var hele 47 pct. af Europa ramt af tørke hen over sommeren.