I en verden, der kæmper med klimaændringer og knaphed på vand, gennemsøger forskere planters mykobiomer – mikroskopiske svampe, der kan øge afgrødernes modstandsdygtighed over for tørke og sygdomme. Disse svampe spiller nemlig en helt afgørende rolle i en plantes mulighed for at skrue op og ned for vandforbruget. Derfor viser forskning i svampenes en lovende vej for bæredygtigt landbrug i en ellers usikker fremtid.
Et varmere klima med vand som en kostbar ressource skaber enorm efterspørgsel efter afgrødeplanter, der vil være modstandsdygtige over for tørke og andre stressende forhold.
Ifølge Christine Hawkes, der er professor ved North Carolina State University i USA, er det næste skridt for landbrugsvidenskaben planters mykobiom. Ligesom mennesker har rige samfund af mikrober i vores tarme og på vores hud, har planter det også – vævet ind i deres rødder, i porerne på deres blade og endda inde i deres celler.
Ny forskning antyder, at man ved at manipulere de mikroskopiske svampe, der interagerer med planter, kan gøre afgrøder mere resistente over for tørke og sygdom. En ny artikel, offentliggjort i PLOS Pathogens, dykker dybere ned i mulighederne - og de potentielle faldgruber i dette nye forskningsfelt.
"Folk har udnyttet de her relationer mellem mikrober og planter i lang tid," siger en af medforfatterne til studiet Christine Hawkes, der studerer planters og jordens mikrobiomer. "Men det betyder ikke, at vi ved, hvordan det fungerer."
Spare, forbruge eller blot dæmpe
Lige nu "ved vi bare ikke nok om mikrober" til at forstå det fulde potentiale af den ny teknik, tilføjer medforfatter Xavious Allen, der er ph.d.-studerende ved North Carolina State University, der studerer interaktioner mellem plantepatogener og endofytter – organismer, der lever blandt værtsplantens celler, med hvem der har et oftest gavnligt - nogle gange neutralt eller direkte forhold.
De mikroskopiske svampe, der omgås planterne, kan hjælpe værterne, skade dem eller simpelthen sameksistere. Men Christine Hawkes og Xavious Allen er mest interesserede i de svampe, der ændrer en plantes overlevelsesstrategier.
For at klare en tørke har planter to muligheder, forklarer Christine Hawkes – sparer på vandet eller forbruge det. "Nogle planter lukker sig simpelthen ned og reducerer deres aktivitet og vandforbrug til meget lave niveauer," siger hun. "Andre forsøger at bruge så meget vand som muligt og skynder sig så at reproducere sig, før de dør."
Planter opnår begge strategier ved at åbne og lukke portene til omverden. Vand trænger ind i en plante gennem rødderne og forlader gennem bladene – små porer kaldet stomata, som planten kan åbne og lukke for at ændre udvekslingen af gasser med miljøet. Planten har brug for CO2 fra luften for at vokse, men når stomata er åbne for planten at trække vejret, slipper vandet ud.
Men ny forskning indikerer, at disse mekanismer "ikke nødvendigvis alle stammer fra planten selv, men at de kan ændres af svampe," tilføjer hun.
"Vi kender ikke altid de nøjagtige mekanismer," siger hun, men visse svampe synes at være i stand til at hjælpe planter til at spare eller forbruge dobbelt så meget vand – og nogle gange endda hjælpe planten til skifte strategier fuldstændigt. "Vi har set svampe, der vil sidde i stomaen og stimulerer den til at lukke i stedet for at åbne om omvendt."
Andre svampe kan hjælpe værtsplanter med at finde ressourcer, de ikke kan nå på egen hånd. "Der er også svampe, der lever i rødder, som har filamenter - tråde ud - der er meget finere end røddernes," forklarer Christine Hawkes. Disse hår-lignende filamenter kan sno sig gennem tæt jord og trække vand tilbage til planten. "Der er flere måder, disse svampe kan ændre, hvordan en plante opfører sig ved tørke."
Mikrobiel politik
Så spørgsmålet er, hvordan man kan manipulere manipulatoren - få svampene til at gøre som vi mennesker gerne vil have? Det er desværre ikke så simpelt som at blot at smøre frøplanter med svampesporer, forklarer Xavious Allen og Christine Hawkes.
Kort forklaret, "lever ikke alt i mikrobiomet lykkeligt sammen," siger Xavious Allen. "Alt synes at påvirke alt andet. Laver man en lille ændring i et meget specifikt funktionsområde i mikrobiomet kan ofte have udbredte effekter på mikrobiomet selv, enten i funktionerne af de mikrober, der allerede er der, eller på den samlede struktur af fællesskabet."
Hvis ens ønskede mikrobe ikke naturligt er en del af jordøkosystemet, hvor man dyrker, "kan den derfor meget vel blive udkonkurreret af det, der allerede er der," og indsatsen og udgifterne til svampeinokulation er dermed spildt, forklarer Xavious Allen. I den modsatte ende af spektret kan en nyintroduceret svamp også overpræstere og slippe ud i økosystemet med uforudsigelige konsekvenser.
Og da svampe er utroligt tilpasningsdygtige, kan du ikke altid stole på, at de følger ens instruktioner – den samme art, der kan danne et gavnligt forhold med en plante, kan skifte rolle og i stedet fortære planten, hvis forholdene ændrer sig, og partnerskabet ikke længere gavner mikroben.
Mykobiom: fortid og fremtid
Selvom den nye generation af mykobiommanipulation stadig er år væk, er den langt fra science fiction. "Folk har jo manipuleret mikrober i lang tid uden at vide det," siger Christine Hawkes.
Gamle rotationsteknikker af afgrøder, der skaber sygdomshæmmende jord, manipulerer faktisk mykobiomet, fortæller Christine Hawkes. Og bælgplanter, berømte for deres evne til at fastholde kvælstof og dermed forbedre jordkvaliteten, får kun den superkraft gennem et forhold med en mikrobe kaldet rhizobia, der lever på dens rødder.
I de sidste flere år er svampemikrober faktisk blevet anvendt til at hjælpe med at redde truede planter på Hawaii fra sygdom. Christine Hawkes fortæller, at der er utallige eksempler på succesfulde inokulationer ved hjælp af Trichoderma-svampe, som fremmer rodvækst. "De gør en million forskellige ting," siger hun. "og de har en meget bred tilpasningsevne, hvilket jeg tror gør det muligt for dem at være succesfulde næsten overalt."
Selvom mykobiommanipulation endnu ikke er klar til landbrugsmæssig primetime, ser Christine Hawkes og Xavious Allen en stor gevinst i horisonten. Christine Hawkes siger, hun er mest optimistisk for de folk, der arbejder på direkte med at manipulere genetikken hos værtsplanter og mikrober.
Nogle grupper, der studerer bakterielle mikrober, "bruger virkelig nyskabende molekylære værktøjer til at forsøge at foretage in situ-manipulation af mikrober - dvs. gennem ændring af deres naturlige miljø uden at fjerne dem fra det - en teknik hvorigennem man kommer uden om mange af økologiens problemer og tilpasningsproblemer," siger hun. "Lige nu forsøger nogle på den måde at påvirke naturlige genoverførsler til bakterier, mens de sker, for at påvirke deres funktion."
Da bakterier i forvejen laver disse overførsler på egen hånd, "udnytter du en naturlig proces," forklarer Christine Hawkes. "Jeg tror, at denne slags ting også vil være muligt i svampe – så du kan manipulere hele samfundet i stedet for at skulle gå igennem alle mulige omstædelige veje for at opnå det."
